D-wave, ¿es un ordenador cuántico?

La computación cuántica es uno de los campos  de estudio más interesantes en la actualidad, tanto desde perspectivas teóricas y pragmáticas. Un ordenador cuántico universal puede resolver algunos problemas potencialmente, como números de factorización, mucho más rápido y con menos recursos que uno clásico . El desarrollo de esta tecnología se basa en el uso de la mecánica cuántica como un nuevo marco para el cálculo. En ordenadores cuánticos no se almacena la información y no se calcula en bits clásicos, sino en bits cuánticos (qubits o cubits). Los qubits pueden estar en superposición de dos estados diferentes. Desafortunadamente, no existe un acuerdo general sobre el estado de la técnica, y se está todavía lejos de tener un ordenador cuántico universal, operable. Grupos experimentales recientes han desarrollado diferentes arquitecturas,  son pequeños y pueden operar con pocos qubits. Por lo tanto, la principal preocupación respecto a la utilidad real de los ordenadores cuánticos es la posibilidad de diseñar que manejen unos pocos cientos de qubits, al menos.

Un hito en la gestión de la computación cuántica ha acontecido  recientemente, por la empresa privada DWave. Esta empresa ha desarrollado un ordenador cuántico operativo de 128 qubits, llamado D-Wave One. Por otra parte, van a instalar una nueva versión, llamada  D-Wave Two, con capacidad para operar con 512 qubits, para un nuevo laboratorio creado por Google y la NASA . Por lo tanto, la cuestión ahora es lo que hace esta nueva máquina, y si es realmente un ordenador cuántico.

¿Qué es D-Wave y qué problemas puede resolver?

D-Wave se basa en una tecnología llamada superconducting flux qubits (flujo de qubits superconductores). Los qubits se agrupan para operar en unidades 4 × 4, con diferentes conexiones entre ellos. Un esquema de la arquitectura se muestra en la figura. La primera versión cuenta con 128 qubits,no  todos ellos pueden ser utilizados para la informática, ya que algunos  están desconectados de sus vecinos.

Esta nueva maquinaria podría ser considerada como un simulador cuántico más que un ordenador cuántico universal. No realiza computación cuántica universal, ya que no puede hacer operaciones arbitrarias en todos los qubits.

Básicamente, el problema principal que puede resolver D-Wave es un conocido problema de la cuántica. Se trata de encontrar el estado fundamental, que “es el estado de energía más bajo”, de un modelo de Ising  de espín. Este problema es conocido por ser un problema difícil no polinómico (NP). Debido a que cuando la dimensión del problema tiene crecimientos lineales la complejidad de encontrar una solución crece de manera exponencial. No hay indicios que nos permitan concluir que un ordenador cuántico puede resolver este problema de una forma no exponencial, el propósito, en cualquier caso es que puede dar significativa aceleración de años sobre las computadoras clásicas.

Una buena pregunta acerca de esta o cualquier nueva tecnología para considerar lo útil  que es, son los problemas que puede resolver. Directamente sólo puede resolver este problema recocido, esta meta es  interesante, porque este problema es tan duro como el problema más difícil en la clase NP. En esta clase hay muchos problemas populares, como el vendedor, factorización o minimización en inteligencia artificial.

¿Cómo se puede probar D-Wave?

Recientemente,  ha sido realizada una prueba de la cuanticidad de D-Wave. Para ello varios investigadores realizaron simulaciones por ordenador, tanto en los ordenadores cuánticos y clásicos . Se compararon tres enfoques Principalmente, D-Wave, una simulación clásica  en simuladores cuánticos, y los más conocidos clásicos. Por razones obvias, los dos últimos enfoques se realizaron en  ordenadores clásicos.

Por último, los autores también analizan tiempo de cálculo con el tamaño del problema, los resultados no son concluyentes. El problema de optimización para 108 qubits es bastante fácil, y por esto  la dificultad para ver si hay un aumento de velocidad. Este problema podría ser potencialmente abordado por la nueva generación de ordenadores cuánticos,  se espera que tengan 512 qubits.

Conclusiones

Con base en la investigación realizada por Boixo et al, hay muchos indicios de que D-Wave es una auténtica computadora cuántica. Por otra parte, no es más rápida que los  ordenadores clásicos. En cualquier caso, es definitivamente un hito en el campo de la informática cuántica, pues también representa un cambio de paradigma. En lugar de crear un ordenador cuántico universal, con unos pocos qubits, los desarrolladores de D-Wave se han centrado en un dispositivo cuántico con muchos qubits que puede realizar una sola tarea.

Sólo el tiempo puede aclarar si este es el comienzo de una nueva época en la computación cuántica. Si D-Wave Two realmente funciona,  habrá que recocer que se trata de la primera vez que un dispositivo cuántico puede calcular un problema general mejor que uno clásico. Este problema puede ser, al menos potencialmente, útil para muchos otros campos.

Fuente: mappingignorance