{"id":4031,"date":"2019-11-12T15:01:45","date_gmt":"2019-11-12T15:01:45","guid":{"rendered":"https:\/\/www.tcit.cl\/2019\/11\/12\/google-pagespeed-copy\/"},"modified":"2023-04-26T15:31:23","modified_gmt":"2023-04-26T19:31:23","slug":"google-quantum","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.tcit.cl\/ingles\/google-quantum\/","title":{"rendered":"Google oficialmente muestra el documento de la \u201cSupremac\u00eda Cu\u00e1ntica\u201d"},"content":{"rendered":"

Supremac\u00eda cu\u00e1ntica utilizando un procesador superconductor programable<\/span><\/h1>\n

Physicists ha estado hablando sobre el poder de\u00a0<\/span>la computaci\u00f3n cu\u00e1ntica<\/span>\u00a0durante m\u00e1s de 30 a\u00f1os, pero las preguntas siempre han sido: \u00bfalguna vez har\u00e1 algo \u00fatil? y vale la pena invertir?\u00a0<\/span>Para tales esfuerzos a gran escala, es una buena pr\u00e1ctica de ingenier\u00eda formular objetivos decisivos a corto plazo que demuestren si los dise\u00f1os van en la direcci\u00f3n correcta.\u00a0<\/span>Entonces, ideamos un experimento como un hito importante para ayudar a responder estas preguntas.\u00a0Este experimento, conocido como\u00a0supremac\u00eda cu\u00e1ntica\u00a0proporcion\u00f3 la direcci\u00f3n para que nuestro equipo supere los muchos desaf\u00edos t\u00e9cnicos inherentes a la ingenier\u00eda de sistemas cu\u00e1nticos para hacer una computadora que sea tanto programable como poderosa.\u00a0Para probar el rendimiento total del sistema, seleccionamos un punto de referencia computacional sensible que falla si solo un solo componente de la computadora no es lo suficientemente bueno.<\/p>\n

\"\"Hoy publicamos los resultados de este experimento de supremac\u00eda cu\u00e1ntica en el art\u00edculo de Nature, \u00bb\u00a0Supremac\u00eda cu\u00e1ntica usando un procesador superconductor programable\u00a0\u00ab.\u00a0Desarrollamos un nuevo procesador de 54 qubits, llamado \u00abSycamore\u00bb, que consta de\u00a0puertas l\u00f3gicas cu\u00e1nticas\u00a0r\u00e1pidas y de alta fidelidad, para realizar las pruebas de referencia. Nuestra m\u00e1quina realiz\u00f3 el c\u00e1lculo objetivo en 200 segundos, y a partir de las mediciones en nuestro experimento, determinamos que tomar\u00eda la supercomputadora m\u00e1s r\u00e1pida del mundo 10,000 a\u00f1os para producir una salida similar.<\/p>\n

El experimento<\/span><\/strong><\/h2>\n

Para tener una idea de c\u00f3mo funciona este punto de referencia, imagine entusiastas ne\u00f3fitos de computaci\u00f3n cu\u00e1ntica que visitan nuestro laboratorio para ejecutar un algoritmo cu\u00e1ntico en nuestro nuevo procesador. <\/span>Pueden componer algoritmos a partir de un peque\u00f1o diccionario de operaciones de puertas elementales.\u00a0Dado que cada puerta tiene una probabilidad de error, nuestros invitados querr\u00edan limitarse a una secuencia modesta con aproximadamente mil puertas en total.\u00a0Suponiendo que estos programadores no tengan experiencia previa, podr\u00edan crear lo que esencialmente parece una secuencia aleatoria de puertas, lo que se podr\u00eda considerar como el programa \u00abhola mundo\u00bb para una computadora cu\u00e1ntica.\u00a0Debido a que no hay una estructura en circuitos aleatorios que los algoritmos cl\u00e1sicos puedan explotar, emular tales circuitos cu\u00e1nticos generalmente requiere una enorme cantidad de esfuerzo cl\u00e1sico de supercomputadora.<\/p>\n

Cada ejecuci\u00f3n de un circuito cu\u00e1ntico aleatorio en una computadora cu\u00e1ntica produce una cadena de bits, por ejemplo 0000101. Debido a\u00a0la interferencia cu\u00e1ntica\u00a0, es m\u00e1s probable que algunas cadenas de bits ocurran que otras cuando repetimos el experimento muchas veces.\u00a0Sin embargo, encontrar las cadenas de bits m\u00e1s probables para un circuito cu\u00e1ntico aleatorio en una computadora cl\u00e1sica se vuelve exponencialmente m\u00e1s dif\u00edcil a medida que aumenta el n\u00famero de qubits (ancho) y el n\u00famero de ciclos de compuerta (profundidad).<\/p>\n

En el experimento, primero ejecutamos circuitos simplificados aleatorios de 12 a 53 qubits, manteniendo constante la profundidad del circuito.\u00a0<\/span>Verificamos el rendimiento de la computadora cu\u00e1ntica usando simulaciones cl\u00e1sicas y las comparamos con un modelo te\u00f3rico.\u00a0<\/span>Una vez que verificamos que el sistema funcionaba, ejecutamos circuitos duros aleatorios con 53 qubits y una profundidad creciente, hasta llegar al punto donde la simulaci\u00f3n cl\u00e1sica se volvi\u00f3 inviable.<\/p>\n

Este resultado es el primer desaf\u00edo experimental contra la\u00a0<\/span>tesis extendida de Church-Turing<\/span>\u00a0, que establece que las computadoras cl\u00e1sicas pueden implementar eficientemente cualquier modelo de computaci\u00f3n \u00abrazonable\u00bb.\u00a0<\/span>Con el primer c\u00e1lculo cu\u00e1ntico que no se puede emular razonablemente en una computadora cl\u00e1sica, hemos abierto un nuevo \u00e1mbito de la computaci\u00f3n para explorar.<\/p>\n

El procesador de Sycamore<\/span><\/strong><\/h2>\n

El experimento de supremac\u00eda cu\u00e1ntica se ejecut\u00f3 en un procesador de 54 qubits totalmente programable llamado \u00abSycamore\u00bb. Se compone de una cuadr\u00edcula bidimensional donde cada qubit est\u00e1 conectado a otros cuatro qubits. <\/span>Como consecuencia, el chip tiene conectividad suficiente para que los estados qubit interact\u00faen r\u00e1pidamente en todo el procesador, haciendo que el estado general sea imposible de emular de manera eficiente con una computadora cl\u00e1sica.<\/p>\n

El \u00e9xito del experimento de supremac\u00eda cu\u00e1ntica se debi\u00f3 a nuestras\u00a0puertas\u00a0mejoradas de\u00a0dos qubits\u00a0con paralelismo mejorado que logran un rendimiento r\u00e9cord de manera confiable, incluso cuando se operan muchas puertas simult\u00e1neamente.\u00a0Logramos este rendimiento utilizando un nuevo tipo de perilla de control que puede desactivar las interacciones entre qubits vecinos.\u00a0Esto reduce en gran medida los errores en un sistema qubit de m\u00faltiples conexiones.\u00a0Obtuvimos mayores ganancias de rendimiento al optimizar el dise\u00f1o del chip para reducir la diafon\u00eda y al desarrollar nuevas calibraciones de control que eviten defectos de qubit.<\/p>\n

Dise\u00f1amos el circuito en una cuadr\u00edcula cuadrada bidimensional, con cada qubit conectado a otros cuatro qubits.\u00a0Esta arquitectura tambi\u00e9n es\u00a0compatible con versiones anteriores para la implementaci\u00f3n de la correcci\u00f3n cu\u00e1ntica de errores.\u00a0Vemos nuestro procesador Sycamore de 54 qubits como el primero de una serie de procesadores cu\u00e1nticos cada vez m\u00e1s potentes.<\/p>\n

Prueba de la f\u00edsica cu\u00e1ntica<\/strong><\/h2>\n

\"\"<\/p>\n

Para garantizar la futura utilidad de las computadoras cu\u00e1nticas, tambi\u00e9n necesitamos verificar que no haya obst\u00e1culos fundamentales provenientes de la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica. La f\u00edsica tiene una larga historia de prueba de los l\u00edmites de la teor\u00eda a trav\u00e9s de experimentos, ya que a menudo surgen nuevos fen\u00f3menos cuando uno comienza a explorar nuevos reg\u00edmenes caracterizados por par\u00e1metros f\u00edsicos muy diferentes.\u00a0Experimentos anteriores\u00a0mostraron que la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica funciona como se esperaba hasta un\u00a0espacio de estado dimensi\u00f3n de aproximadamente 1000. Aqu\u00ed, ampliamos esta prueba a un tama\u00f1o de 10 billones y descubrimos que todo sigue funcionando como se esperaba. Tambi\u00e9n probamos la teor\u00eda cu\u00e1ntica fundamental midiendo los errores de las puertas de dos qubits y descubriendo que esto predice con precisi\u00f3n los resultados de la evaluaci\u00f3n comparativa de los circuitos de supremac\u00eda cu\u00e1ntica completos. Esto muestra que no hay f\u00edsica inesperada que pueda degradar el rendimiento de nuestra computadora cu\u00e1ntica.\u00a0Nuestro experimento, por lo tanto, proporciona evidencia de que las computadoras cu\u00e1nticas m\u00e1s complejas deber\u00edan funcionar de acuerdo con la teor\u00eda, y nos hace sentir seguros de continuar nuestros esfuerzos para escalar.<\/span><\/p>\n

Aplicaciones<\/strong><\/h2>\n

La computadora cu\u00e1ntica Sycamore es totalmente programable y puede ejecutar algoritmos cu\u00e1nticos de prop\u00f3sito general. Desde que obtuvimos resultados de supremac\u00eda cu\u00e1ntica la primavera pasada, nuestro equipo ya ha estado trabajando en aplicaciones a corto plazo, incluida la simulaci\u00f3n de f\u00edsica cu\u00e1ntica y la qu\u00edmica cu\u00e1ntica, as\u00ed como nuevas aplicaciones en el aprendizaje autom\u00e1tico generativo, entre otras \u00e1reas.<\/p>\n

Ahora tambi\u00e9n tenemos el primer algoritmo cu\u00e1ntico ampliamente \u00fatil para aplicaciones inform\u00e1ticas: aleatoriedad cu\u00e1ntica certificable.\u00a0La aleatoriedad es un recurso importante en ciencias de la computaci\u00f3n, y la aleatoriedad cu\u00e1ntica es el est\u00e1ndar de oro, especialmente si los n\u00fameros pueden ser autoverificados (certificados) para provenir de una computadora cu\u00e1ntica.\u00a0La prueba de este algoritmo est\u00e1 en curso, y en los pr\u00f3ximos meses planeamos implementarlo en un prototipo que pueda proporcionar n\u00fameros aleatorios certificables.<\/p>\n

\u00bfQue sigue?<\/strong><\/h2>\n

Nuestro equipo tiene dos objetivos principales en el futuro, ambos para encontrar aplicaciones valiosas en la computaci\u00f3n cu\u00e1ntica.\u00a0Primero, en el futuro haremos que nuestros procesadores de clase suprema est\u00e9n disponibles para colaboradores e investigadores acad\u00e9micos, as\u00ed como para compa\u00f1\u00edas que est\u00e9n interesadas en desarrollar algoritmos y buscar aplicaciones para los\u00a0<\/span>procesadores <\/span>NISQ<\/span> actuales<\/span>\u00a0.\u00a0<\/span>Los investigadores creativos son el recurso m\u00e1s importante para la innovaci\u00f3n: ahora que tenemos un nuevo recurso computacional, esperamos que m\u00e1s investigadores entren al campo motivados al tratar de inventar algo \u00fatil.<\/p>\n

En segundo lugar, estamos invirtiendo en nuestro equipo y tecnolog\u00eda para construir una computadora cu\u00e1ntica tolerante a fallas lo m\u00e1s r\u00e1pido posible.\u00a0Tal dispositivo promete una serie de aplicaciones valiosas.\u00a0Por ejemplo, podemos imaginar la computaci\u00f3n cu\u00e1ntica ayudando a dise\u00f1ar nuevos materiales: bater\u00edas livianas para autom\u00f3viles y aviones, nuevos catalizadores que puedan producir fertilizantes de manera m\u00e1s eficiente (un proceso que hoy produce m\u00e1s del 2% de las emisiones de carbono del mundo) y medicamentos m\u00e1s efectivos.\u00a0Lograr las capacidades computacionales necesarias a\u00fan requerir\u00e1 a\u00f1os de arduo trabajo cient\u00edfico y de ingenier\u00eda.\u00a0Pero ahora vemos un camino claro, y estamos ansiosos por seguir adelante.<\/p>\n<\/div><\/div><\/div><\/div><\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"","protected":false},"author":9,"featured_media":4027,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"content-type":"","footnotes":""},"categories":[32],"tags":[],"class_list":["post-4031","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-blog"],"yoast_head":"\nGoogle oficialmente muestra el documento de la \u201cSupremac\u00eda Cu\u00e1ntica\u201d - 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