El mayor cálculo cuántico del mundo usa 84 qubits

Artículo publicado el 11 de enero de 2012 en The Physics ArXiv Blog

El cálculo cuántico más grande de la historia llevó apenas 270 milisegundos, dicen los físicos cuánticos.

Los computadores cuánticos están en peligro de perder su brillo. Estas máquinas aprovechan las extrañas reglas de la mecánica cuántica para llevar a cabo cálculos que son extremadamente más potentes que cualquiera de los que puedan hacer los computadores convencionales.

O eso nos han dicho. Los computadores cuánticos, de una forma u otra, han estado llevando a cabo cálculos desde hace más de una década. Pero lejos de avergonzar a los ordenadores convencionales, estos dispositivos aún tienen que superar las habilidades de cálculo de un niño de primaria.

D-Wave Systems © by jurvetson


Hace quince años, los físicos usaron un computador cuántico para factorizar el número 15, usando siete bits cuánticos, o qubits. El resultado recibió aclamaciones. El año pasado, batieron este récord factorizando el número 143 usando 4 qubits. No podría catalogarse como una mejora meteórica.

Pero este sombrío estado de la situación puede cambiar finalmente con el anuncio hoy de un cálculo que implica 84 qubits, llevado a cabo por Zhengbing Bian de D-Wave Systems, un fabricante de computadores cuánticos con sede en Vancouver, Canadá, junto a algunos colegas.

Su tarea era calcular varios de los conocidos como ‘números de Ramsey de dos colores’, exóticas entidades matemáticas que están íntimamente conectadas con el surgimiento del orden en sistemas desordenados.

El famoso ejemplo usado para explicar los números de Ramsey es el problema de la fiesta, el cual puede enunciarse así: A cuánta gente tienes que invitar a una fiesta para asegurar que un subconjunto de ellos, designado como ‘m’, se conocerá entre sí y otro subconjunto de ellos, designado como ‘n’, no conocerá a todos y se verá forzado a mezclarse. El número requerido, R(m,n) es un número de Ramsey de dos colores.

Estos números son notablemente difíciles de calcular. El matemático Paul Erdos dijo en una ocasión que si una especie alienígena amenazaba con destruir a la humanidad a menos que pudiésemos decirle el número de Ramsey R(5,5), nuestra mejor opción sería poner a las mejores mentes de la humanidad a trabajar en el problema, dado que tendríamos alguna posibilidad de lograrlo.

Pero que si los alienígenas pedían un R(6,6), nuestra mejor opción sería lanzar un ataque inmediato contra los alienígenas, dado que el cálculo sería demasiado difícil para contemplarlo.

La tarea es básicamente un problema de conteo. Los invitados a la fiesta pueden verse como nodos de un grafo, y sus conexiones (o la ausencia de ellas) como aristas. Calcular los números de Ramsey es realmente una cuestión de contar la permutación de las conexiones para un número de invitados dado.

Pero incluso para un pequeño número de invitados, las permutaciones pueden ser enormes. Por ejemplo, R(5,5) aún es desconocido, incluso hoy, aunque los matemáticos creen que está entre 43 y 49.

Con la amenaza de un exterminio alienígena en sus oídos, Bian y compañía han calculado R(3,3) y R(m,2) donde m= 4,5,6,7, y 8.

Su computador cuántico usa qubits que son circuitos superconductores en los que los 1 y 0 corresponden a corrientes que viajan en sentidos opuestos, y las leyes de la mecánica cuántica permiten que existan a la vez ambos estados. Por lo que un único circuito puede representar a la vez tanto 0 como 1.

Lo útil de estos cálculos es que, cuando sea que se llegue a una solución, es el resultado de incrementar en uno el número de invitados. Por lo que, en fiestas R(3,3) con 1,2,3,4 y 5 invitados se produce un resultado nulo. No obstante, la dinámica del problema cambia drásticamente cuando hay 6 invitados, y es muy fácil de observar con el algoritmo cuántico adecuado.

Bian y compañía dicen que el cálculo de R(8,2) usó 84 qubits, de los cuales 28 se usaron en el cálculo y el resto para corrección de errores. Se necesitaron apenas 270 milisegundos. El resultado es 8 (algo que se sabía desde hace muchos años usando métodos convencionales).

Éste es un resultado impresionante. Bian y sus colegas dicen: “El cálculo de R(8,2)… hasta donde sabemos, es la mayor implementación experimental de un algoritmo cuántico con significado científico”.

También es una reivindicación para D-Wave Systems, la compañía que construye este computador y vende un computador cuántico de 128 bits por 10 millones de dólares.

La aproximación de la compañía a la computación, conocida como computación cuántica adiabática, ha sido muy criticada. Varios físicos han dicho que la teoría que hay tras la máquina tiene errores, y que la compañía ha mostrado pocas pruebas del tipo de mejora esperada sobre los computadores clásicos.

No obstante, distintas compañías se han asociado con D-Wave Systems para seguir desarrollando dicha aproximación, incluyendo Google y Lockheed Martin.

Por lo que será interesante ver si este resultado calma la tormenta o la aviva.


Artículo de Referencia: arxiv.org/abs/1201.1842: Experimental Determination Of Ramsey Numbers With Quantum Annealing

Fecha Original: 11 de enero de 2012
Enlace Original

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Comments (8)

  1. Información Bitacoras.com…

    Valora en Bitacoras.com: Artículo publicado el 11 de enero de 2012 en The Physics ArXiv Blog El cálculo cuántico más grande de la historia llevó apenas 270 milisegundos, dicen los físicos cuánticos. Los computadores cuánticos están en peligro de perd…..

  2. Kanijo, solo un pequeño detalle. Como bien dices más adelante, el cálculo ha utilizado solo 28 cubits (el resto hasta 84 son de apoyo). Además, el algoritmo implementado es de recocido cuántico (“quantum annealing”), una versión cuántica del recocido simulado (“simulated annealing”). D-Wave no ha demostrado que haya entrelazamiento de los 28 cubits, ni siquiera se sabe cuántos cubits se pueden haber entrelazado durante el cálculo. Todo esto hay que aclararlo. Además, 0,27 segundos es mucho más de lo que un algoritmo de recocido clásico necesita para realizar el mismo cálculo. Esto no hay que olvidarlo.

    Por lo demás, es una noticia muy interesante que muestra como los progresos de D-Wave son lentos, como era de esperar, pero no tienen pausa.

    • Gracias por las aclaraciones, Francis, muy interesante lo que comentas. Sobre lo del tiempo de cálculo, sospechaba que debía ser más rápido el cálculo clásico (0,27s es un tiempo bastante alto) pero no he visto una comparativa en el paper, ¿tienes datos sobre esto?

      Un saludo

      • ¿Cuánto tiempo cuesta calcular R(3,3)? No lo sé, Manuel, pero R(3,3) se calculó mediante un ordenador en 1955, luego puedes estimar fácilmente qué tiempo se necesitará hoy en día (60 años de Ley de Moore más tarde). En cuanto a R(m,2) es igual a m según la teoría, luego no hay que calcular nada.

  3. [...] "CRITEO-300×250", 300, 250); 1 meneos El mayor cálculo cuántico del mundo usa 84 qubits http://www.cienciakanija.com/2012/01/16/el-mayor-calculo-cuantic…  por neutralino hace [...]

  4. Tom Wood

    A pesar de: Todos los días vamos a las fiestas, y establecemos las relaciones que queremos, o las que podemos; alguna realidad siempre se da al final. El las fiestas se dan siempre las soluciones independientemente de los grupos que mezclemos. Incluso esas relaciones son más complejas y con más variables, tantas como queramos, pero siempre alguna solución se da, se realizan. Nuestras “ecuaciones sociales” (las de las fiestas), siempre dan resultados o soluciones exactas, triviales, canónicas,… Algo así debe diferencial la física-matemática; de las soluciones o los métodos que emplea la naturaleza, para meter dentro de las partículas tantas propiedades y que estas sigan siendo entes independientes, exactos, reconocibles, con personalidad propia,… esa mezcla siempre tiene las proporciones exactas, la misma exacta receta. Para que estas establezcan una relación con los electromagnéticos libres, los que emiten y que una vez emitidos, viajen libremente, sin tener ningún vínculo particular con la partícula emisora, hasta encontrar otra partícula semejante. Si pudiéramos encontrar las leyes o los métodos de cálculos, que usa la naturaleza en sus “fiestas”, con los que siempre obtiene soluciones equilibradas; tal vez, repito tal vez, no necesitáramos tanta complejidad físico-matemática. ¿Por qué la naturaleza siempre encuentra los atajos más equilibrados, los exactos, sin tener que complicarse revisando todas las demás infinitas soluciones? Es decir, ¿por que encuentra el atajo, que contiene la ley? Es un misterio, pero del equilibrio natural que vislumbramos en ella, al parecer se desprende, que resulta ser así. Tal vez, con estos ordenadores podríamos simular las decisiones que toma el cerebro humano, el cual encuentra soluciones a cientos de complejos problemas cotidianos, los cuales un ordenador actual para resolverlo, demoraría millones de anos, acabamos llamándola experiencia,… pero aun así, creo que utiliza algún método desconocido para optimizar la solución.
    Y como la comparación es un método de aprendizaje; pues comparen:
    “Estos cálculos requieren de nuevas técnicas matemáticas y de más capacidad de cálculo en los ordenadores. Por ejemplo para llegar al cálculo de G8 una sola operación ha necesitado 77 horas en un supercomputador dotado de 200 Gbytes de memoria RAM, y ha producido un resultado del orden de 60 GBytes por lo que esta magnitud puede ser comparada a 60 veces a la requerida para el genoma humano (el conjunto de datos del genoma representa un volumen de 1 Gbyte)”
    http://es.wikipedia.org/wiki/E8_(matem%C3%A1ticas)
    http://francisthemulenews.wordpress.com/2008/01/26/computacion-cuantica-adiabatica-o-el-primer-ordenador-cuantico-comercial/
    “Desafortunadamente para el desarrollo científico en nuestro país, la aportación española en este campo ha sido casi nula. Nuestros científicos y nuestros enseñantes se han tomado demasiado en serio su ciencia y su enseñanza y han considerado ligero y casquivano cualquier intento de mezclar placer con deber”
    http://utenti.quipo.it/base5/introduz/guzmanjuegos.htm
    http://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADa_de_Ramsey

    • Pablo

      Sí, sí, pero te recuerdo que a los D Wave, mientras les llaman tontos, van avanzando. Y aquí en España está uno de los institutos más potentes en fotónica y computación cuántica que es el ICFO, financiado con muchísimo más dinero que otros centros como el CNIC o el CNIO.

      • Pablo, no sé que información tendrás, pero ¿más financiación el ICFO que el CNIO? Lo siento mucho, pero te equivocas. ¡Ojalá fuera así, pero no! Torner haría palmas con las orejas. ¡¿Se me nota que yo trabajo en fotónica y óptica no lineal?!

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