Nuevo algoritmo de corrección de errores en recocido cuántico

Dibujo20130802 connectivity graph D-Wave One -Rainier- and D-Wave Two -Vesuvius

El recocido cuántico (“quantum annealing”) es una forma de computación cuántica para la resolución de problemas de optimización combinatoria que presenta grandes ventajas (speedups) en algunos algoritmos respecto a las implementaciones basadas en el recocido simulado clásico (“simulated annealing”). Pero esta técnica no es ventajosa con un gran número de cubits sino se usan técnicas de corrección de errores. La nueva técnica llamada QAC se ha mostrado usando 344 cubits superconductores en los ordenadores D-Wave One (“Rainier”) y D-Wave Two (“Vesuvius”) de la compañía canadiense D-Wave Systems. El problema resuelto se codifica con 86 cubits, siendo el resto de los cubits necesarios para la corrección de errores. El artículo técnico, para los interesados en los detalles, es Kristen L. Pudenz, Tameem Albash, Daniel A. Lidar, “Error corrected quantum annealing with hundreds of qubits,” arXiv:1307.8190, Subm. 31 Jul 2013.

El algoritmo de recocido cuántico consiste en “cablear” el grafo del problema combinatorio a resolver en el hamiltoniano de un sistema cuántico (como muestra la figura que abre esta entrada). Los mínimos del hamiltoniano corresponderán a posibles soluciones y el algoritmo de recocido cuántico permite escapar de mínimos locales recorriendo de forma cuántica todo el espacio de configuraciones con objeto de encontrar el mínimo global (la solución óptima del problema). El recocido cuántico tiene la ventaja respecto a otros algoritmos cuánticos que no depende del entrelazamiento cuántico, aprovechando en su lugar el efecto túnel y las superposiciones cuánticas transitorias que ocurran durante la ejecución del algoritmo. Aún así, los errores debidos a la decoherencia y al entorno degradan la probabilidad de que el algoritmo acabe encontrando un óptimo y se necesitan técnicas de corrección de errores.

Dibujo20130802 Success probabilities of the different strategies for antiferromagnetic chains as a function of chain length

Para un problema “fácil” la nueva técnica de correcciones de errores logra un valor correcto el 100% de las veces para problemas con menos de 40 cubits y una tasa cercana al 90% para 86 cubits (curva “Complete (QAC)” en la figura). Hay que destacar que para este problema, cuando no se usa la técnica de corrección de errores (curva “Unprotected (U)” en la figura) la tasa de acierto del recocido cuántico es menor que para el recocido simulado clásico (curva “Classical (C)” en la figura).

Dibujo20130802 Success probabilities antiferromagnetic chain

Pero para un problema un “poco más difícil” la nueva técnica de correcciones de errores sólo logra un valor correcto el 20% de las veces para problemas con 86 cubits. Por supuesto, no usar corrección de errores (curva “Unprotected (U)” en la figura) o usar recocido simulado clásico (curva “Classical (C)” en la figura) conduce a una probabilidad de éxito mucho más pequeña. Me gustaría destacar un pequeño detalle de esta figura. La predicción teórica (curva continua) para el algoritmo de recocido cuántico sin corrección de errores indica que este algoritmo es mejor que el algoritmo clásico para más de 70 cubits, sin embargo, en la práctica resulta que son más o menos iguales; cualquier persona “mal pensada” diría que el algoritmo cuántico sin corrección de errores en realidad es una implementación “cuántica” del algoritmo clásico para más de 75 cubits. No seamos mal pensados.

La gran cuestión abierta, si los ordenadores de D-Wave Systems serán algún día ordenadores cuánticos de propósito general basados en computación adiabática, sigue tan abierta como el del anuncio oficial del primer ordenador “cuántico” comercial en febrero de 2007.

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7 pensamientos en “Nuevo algoritmo de corrección de errores en recocido cuántico

  1. ¿cual es a día de hoy la diferencia que encuentran los expertos entre el ordenador de D-wave y un verdadero ordenador cuántico?

    • David, el ordenador de D-Wave son cientos de cubits superconductores (que de forma individual funcionan muy bien) conectados de forma clásica (todavía no han demostrado que la conexión sea cuántica). Por ello se trata de un ordenador clásico estocástico fabricado con cubits. Enumerar todas las diferencias sería lo mismo que definir qué es un ordenador cuántico (adiabático en el caso de D-Wave).

  2. Seamos mal pensados. D-Wave ahora tiene el financiamiento de Google (el futuro Skynet) y de NASA (obra de Werner Von Braun, heroe Nazi) y de DARPA (financieros de maldad)

  3. rrtucci, hace unos días entrevistaron en la radio a un científico español, no recuerdo el nombre de la emisora ni el nombre del científico, pero éste comentó que su trabajo lo financia el ejército estadounidense. Para mi sorpresa, la opinión que tiene el científico de la financiación militar es positiva, dijo que tiene entera libertad para investigar, publicar y compartir información con otros colegas, civiles o bajo tutela militar. El mundo de la ciencia se ha vuelto ambiguo, al menos considerado bajo el punto de vista de la financiación, pero es un dato cierto que la apertura efectuada por internet y la mentalidad de los científicos jóvenes, menos proclives a encorsetarse en los prejuicios de los mayores, torna borrosa la frontera de lo militar y lo civil. Si esto es bueno o malo es algo que no alcanzo a vislumbrar, pero las palabras dichas por el científico entrevistado no destilaban pesimismo, más bien al contrario.

  4. Narayana, si los electrones no existen no sé por qué vienes a trollear a un blog donde todo el mundo sabe que sí existen, me parece una pérdida de tiempo y una manera palmaria de hacer el ridículo.

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