Resolución de problemas de un ordenador cuántico y cómo simular un sistema de qubits

Se dice que sólo 70 qubits, normalmente átomos individuales en estado excitado, son suficientes para superar el rendimiento de los ordenadores actuales de alto rendimiento. Se dice, por ejemplo, que el ordenador cuántico Sycamore de Google tiene unas propiedades fantásticas con este pequeño número de qubits.

Así que no es de extrañar que parezca casi imposible simular los procesos en su interior cuando la potencia de cálculo es tan elevada. Sin embargo, existe una necesidad urgente de comprender mejor su funcionamiento. Entre otras cosas, la tasa de error es actualmente extremadamente alta. En uno de los primeros experimentos de Google, fue del 99,7%.

Así que hay mucho margen de mejora, salvo que las posibilidades de mejora son limitadas debido a la falta de simulaciones. Sin embargo, un equipo de investigación del Instituto de Tecnología de California ha logrado ahora modelar un sistema que funciona con 60 qubits. Anteriormente, el límite se situaba en torno a los 38 qubits, según los autores del estudio, que acaba de ser publicado en Nature.

El hecho de que esto sea tan difícil de realizar y de que un ordenador cuántico sea un instrumento tan prometedor en primer lugar se debe al entrelazamiento cuántico del sistema.

Un qubit no funciona por sí solo, es decir, no sólo tiene un estado 0 o 1 como un bit. En el caso del entrelazamiento cuántico, dos qubits trabajan juntos, por así decirlo, y se les asigna de nuevo un estado de 0 o 1. También es concebible un estado mixto.

La fascinación está justificada

Además de los 60 qubits individuales, existen 1.800 pares diferentes que también pueden almacenar información. Si se pasa al siguiente nivel con tres qubits conectados, existen otras 34.000 posibilidades.

Por tanto, el ordenador cuántico puede ampliar su sistema actual de 60 circuitos casi a voluntad. O como lo expresa la imagen de la Mona Lisa: El ordenador clásico puede pintar con un pincel de un solo grosor. El ordenador cuántico, en cambio, puede elegir libremente, pero se vuelve impreciso, tiembla un poco - una bonita metáfora.

El temblor es el mayor problema, porque cuanto más fuerte es el entrelazamiento cuántico, más propenso a errores se vuelve todo el sistema. Si, por ejemplo, un qubit puede reconocerse con una precisión del 90 por ciento, la tasa es sólo del 40 por ciento con cinco qubits entrelazados y se acerca rápidamente a cero para las potencias que caracterizan realmente a un ordenador cuántico.

El hecho de que incluso fuera posible simular este número supuestamente manejable de combinaciones de qubits se debe a un truco. Las posibilidades de entrelazamiento se limitaron en la simulación. Esto al menos da una idea de las capacidades y permite ver aspectos parciales del sistema.

El objetivo es obtener "sólo" un 91% de resultados incorrectos. Para lograrlo, un qubit tendría que ser leído correctamente con un 96 por ciento de probabilidad. Suena factible si no se tratara de átomos excitados en un ordenador cuántico.

En el vídeo, varios investigadores de Caltech intentan explicar el entrelazamiento cuántico. Además, ¡muy interesante!