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¿Cómo programar un ordenador cuántico?
Conocemos la Ley de Moore, pero tal parece que esta apunto de «expirar». Michio Kaku explica como se solucionaría. «algunas personas dicen que los ordenadores cuánticos reemplazarán a las computadoras actuales». Pero los ordenadores cuánticos necesitan una arquitectura totalmente diferente y una manera de programar un ordenador.
Gracias a la física cuántica, la computación en la nube es segura
Muchas empresas continúan con su empuje para llevarnos a confiar nuestros datos a la nube, hay todavía muchos usuarios preocupados por la seguridad de cloud computing basados en servicios. Ahora un equipo internacional de científicos ha demostrado que la computación en la nube totalmente segura es posible al combinar el poder de la computación cuántica con la seguridad de la criptografía cuántica. Llevaron a cabo lo que ellos dicen la primera demostración de la «computación cuántica ciega», en la que se llevó a cabo una computación cuántica con la entrada, cálculo y salida desconocidos para todos, y por lo tanto, también para los espías.
Si bien se espera que los ordenadores cuánticos desempeñen un papel importante en el procesamiento de información en el futuro, algunos creen que – al igual que los superordenadores de hoy – que se limitarán a unos pocos centros especializados de todo el mundo. Si bien esto trae a la mente la cita que más a menudo se atribuye al presidente de IBM Thomas Watson en 1943, «Creo que hay un mercado mundial para quizás cinco computadoras», dadas las dificultades inherentes a la construcción de los dispositivos cuánticos, hay muchas posibilidades de este escenario suceda – al menos a corto plazo.
El equipo de investigación internacional que trabaja en el Vienna Center for Quantum Science and Technology (VCQ) de la Universidad de Viena y el Institute for Quantum Optics and Quantum Information (IQOQI) dice que la física cuántica permitirá a los usuarios remotos de las instalaciones de este tipo enviar y recibir datos privados y la seguridad de saber que está protegido de las miradas indiscretas.
Los investigadores describen el proceso: «El usuario debe preparar los qubits, las unidades fundamentales de los ordenadores cuánticos – en un estado que sólo él conoce y envía estos qubits para el ordenador cuántico La computadora cuántica entrelaza los qubits de acuerdo con un esquema estándar.
«El cálculo real se basa en la medición: el procesamiento de información cuántica se implementa por medio de mediciones sencillas sobre qubits. Los usuarios diseñan las instrucciones de la medida al estado particular de cada qubit y los envían al servidor cuántico.
«Finalmente, los resultados del cálculo se envían de vuelta al usuario para que pueda interpretarlos y utilizar los resultados de la computación. Incluso si el ordenador cuántico o un espía, intenta leer los qubits, no obtienen información útil, sin conocer el estado inicial , sino que son ‘ciegos’ «.
Los investigadores hicieron lo que ellos creen es la primera demostración experimental de este proceso de la computación cuántica ciega mediante la codificación de los datos utilizando fotones. Estos son muy adecuados para tareas como operaciones de computación cuántica que pueden llevarse a cabo en ellos y pueden ser transmitidos rápidamente a largas distancias.
«La física cuántica resuelve uno de los principales desafíos en la computación distribuida. Se puede preservar la privacidad de los datos cuando los usuarios interactúan con los centros de computación a distancia», dice Stefanie Barz, autor principal del estudio, que aparece en la revista Science.
Fuente: University of Vienna
Computación cuántica sin requerir enfriamiento
Es un reto que ha sido durante mucho tiempo uno de los santos griales de la computación cuántica: cómo crear los bloques clave de construcción, conocidos como bits cuánticos o qubits, que existan en un sistema de estado sólido a temperatura ambiente.
La mayoría de los sistemas actuales, por comparación, se basan en un equipo complejo y caro diseñado para atrapar un solo átomo o un electrón en el vacío y luego enfriar todo el sistema a temperaturas próximas al cero absoluto.
Un grupo de científicos de Harvard, dirigido por el profesor de Física Mikhail Lukin, incluyendo a los estudiantes graduados Kucsko Georg Maurer y Peter y el investigador postdoctoral C. Latta, indican que han resuelto el problema, y lo hicieron recurriendo a uno de los materiales más puros de la Tierra: los diamantes.
Con un par de impurezas en diamantes ultrapuros, «cultivados» en el laboratorio de diamantes, los investigadores fueron capaces de crear los bits cuánticos que almacenan la información y permanecer en ellos durante casi dos segundos, un aumento de casi seis órdenes de magnitud más de la vida útil de los sistemas anteriores. El trabajo, descrito en la revista Science, es un primer paso crítico en la eventual construcción de un ordenador cuántico funcional, y tiene una gran cantidad de otras aplicaciones potenciales.
«Lo que hemos sido capaces de lograr en términos de control es sin precedentes», dijo Lukin. «Tenemos un qubit, a temperatura ambiente, que podemos medir con muy alta eficiencia y fidelidad. Podemos codificar los datos en él, y nos los puede almacenar por un tiempo relativamente largo. Creemos que este trabajo sólo está limitado por cuestiones técnicas, por lo que parece factible aumentar el tiempo de vida en el rango de horas. En ese momento, una gran cantidad de aplicaciones del mundo real serán posibles».
Además de un ordenador cuántico práctico, Lukin prevé que el sistema se utilice en aplicaciones que incluyen «dinero cuántico» (un sistema de pago para las transacciones bancarias y tarjetas de crédito que se basa en la codificación de los bits cuánticos para frustrar a los falsificadores) y las redes cuánticas (método de comunicaciones altamente seguro que utiliza bits cuánticos para transmitir datos).
«Esta investigación es un importante paso adelante en la investigación hacia la construcción algún día de una computadora cuántica práctica», dijo Kucsko, que trabaja en el laboratorio de Lukin, y es uno de los dos primeros autores del artículo. «Por primera vez, tenemos un sistema que tiene un plazo de tiempo razonable para la memoria y simplicidad, por lo que ahora es algo que podemos seguir».
La base para el avance de Lukin se estableció hace varios años, cuando investigadores descubrieron que los sitios vacantes de nitrógeno (NV), los centros a escala atómica de impurezas en el diamantes, crecidos en el laboratorio se comportan de la misma manera que los átomos individuales. Al igual que los átomos individuales, cada centro posee un espín, que puede ser polarizado, similar al de un imán de barra. Mediante el uso de láser, los investigadores son capaces no sólo de controlar el espín, sino tambén detectar su orientación a medida que cambia con el tiempo.
Pero la idea de utilizar los centros de NV para formar la columna vertebral de una computadora cuántica, simplemente no era práctico, en gran parte debido a que sólo puede contener los datos cerca de una millonésima de segundo antes de que sus propiedades cuánticas – y cualquier otro dato que puede haber – se perdiera.
El culpable, dijo Lukin, fue otra impureza en el cristal de diamante.
En los experimentos iniciales, el equipo utilizó diamantes que contiene 99 por ciento de 12 átomos de carbono, que no tienen espín. El resto, sin embargo, estaba formado por átomos de carbono-13, un isótopo complicado que contiene un espín en el núcleo del átomo. Aunque débil, la interacción con los espines estaba causando luces de los centros NV corta vida.
Con esta última investigación, sin embargo, Lukin y su equipo convertido lo que alguna vez fue un reto – la interacción entre el centro de NV y átomos de carbono-13 – para su ventaja.
«El espín nuclear del carbono-13 tiene un bit cuántico ideal, porque están muy aislados», dijo Lukin. «Debido a tan poca interacción con las fuerzas externas, tienen tiempos de coherencia relativamente largos. Por supuesto, las mismas propiedades que las hacen ideales los qubits también los hacen difíciles de medir y manipular».
La solución de Lukin y su equipo fue sorprendentemente elegante. En lugar de intentar encontrar una manera de medir el espín de los átomos de carbono, utilizaron el centro NV que lo haga por ellos.
Trabajando con investigadores de Element Six, una empresa británica que se especializa en la fabricación de diamantes artificiales, desarrollaron una nueva técnica para crear cristales que eran aún más puros: 99n99 por ciento de carbono-12. Los investigadores luego bombardear el cristal con nitrógeno para crear el centro NV, que interactúa con un cercano átomo de carbono-13.
El resultado de esta interacción es que el centro NV refleja el estado del átomo de carbono, es decir, los investigadores pueden codificar un bit de información en el espín del átomo, a continuación, «leer» los datos mediante la supervisión del centro de NV.
«El sistema que hemos desarrollado utiliza esta sonda muy local, el centro de NV, que nos permite controlar que los beneficios», dijo Lukin. «Como resultado de ello, por primera vez, podemos codificar un bit de información en el espín, y utilizar este sistema para su lectura».
Sin embargo, la codificación de la información en el espín del átomo de carbono-13 y su lectura utilizando el centro NV es sólo un paso en el camino hacia una computadora cuántica. Para ser verdaderamente útil, los investigadores tuvieron que determinar la forma de tomar ventaja de las propiedades cuánticas del átomo -es decir, su capacidad para ocupar dos estados al mismo tiempo.
Esa capacidad de estar en dos estados al mismo tiempo, es un principio clave de los ordenadores cuánticos. A diferencia de las computadoras tradicionales, que codifican los bits de información, ya sea cero o uno, los ordenadores cuánticos se basan en escala atómica de la mecánica cuántica para dar a los bits cuánticos ambos valores a la vez. Esa propiedad, en teoría, permite a los ordenadores cuánticos realizar cálculos múltiples en paralelo, por lo que son mucho más poderosos que los ordenadores tradicionales, que realizan operaciones en la secuencia.
La solución, Lukin explicó, era un proceso de dos pasos.
El primer paso es cortar la conexión entre el centro NV y el átomo de carbono. Con el uso de cantidades masivas de luz láser, el investigador es capaz de mantener con eficacia el centro NV ocupado y evitar la interacción con el átomo de carbono. En el paso dos, el cristal de diamante es bombardeado con un conjunto específico de impulsos de frecuencia de radio, la supresión de la interacción entre el átomo de carbono-13 y cualesquiera átomos cercanos.
«Al limitar las interacciones con el átomo de carbono-13, se puede extender la vida útil del qubit y mantener los datos durante más tiempo», dijo Lukin. «El resultado final es que somos capaces de aumentar el tiempo de coherencia de una milésima de segundo a casi dos segundos.»
Fuente: P. C. Maurer, G. Kucsko, C. Latta, L. Jiang, N. Y. Yao, S. D. Bennett, F. Pastawski, D. Hunger, N. Chisholm, M. Markham, D. J. Twitchen, J. I. Cirac, M. D. Lukin. Room-Temperature Quantum Bit Memory Exceeding One Second. Science, 2012; 336 (6086): 1283 DOI: 10.1126/science.1220513
Los ordenadores cuánticos podrían ayudar a los motores de búsqueda a seguir el ritmo de crecimiento de internet
Científicos de USC (University of Southern California ) demuestran que la computación cuántica podría acelerar la forma en que se calcula el ordenamiento por relevancia a través de una internet cada vez con mayor páginas web.
La mayoría de la gente no piensa dos veces acerca de cómo funcionan los buscadores de internet. Puede escribir una palabra o frase, pulsa enter, y una lista de páginas web aparece, organizada por relevancia.
Detrás de las escenas, hay muchas matemáticas que van a averiguar exactamente lo que califica como la mejor página web correspondiente a la búsqueda. Google, por ejemplo, utiliza un algoritmo de ranking de páginas que se rumorea que es el cálculo numérico más grande llevado a cabo en cualquier parte del mundo. Con la red en constante expansión, los investigadores de la USC han propuesto – y demostraron la viabilidad – de la utilización de los ordenadores cuánticos para acelerar ese proceso.
«Este trabajo es acerca de tratar de acelerar la forma en que se realiza la búsqueda por las webs«, dijo Daniel Lidar, autor principal de un artículo sobre la investigación que apareció en la revista Physical Review Letters el cuatro de junio. A medida que internet continúa creciendo, el tiempo y los recursos necesarios para ejecutar el cálculo – que se realiza todos los días – crece con ella, afirmó Lidar.
Lidar, que tiene colaboraciones en USC Viterbi School of Engineering y USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences,y el primer autor Dornsife Garnerone Silvano, un antiguo investigador postdoctoral en la USC y actualmente en la Universidad de Waterloo, para ver si la computación cuántica podría ser utilizada para ejecutar el algoritmo de Google más rápido.
A diferencia de los bits de un ordenador tradicionales, que se pueden codificar claramente ya sea un uno o un cero, los ordenadores cuánticos utilizan bits cuánticos o «cubits«, que se pueden codificar un uno y un cero al mismo tiempo. Esta propiedad, llamada superposición, algún día permitirá a los ordenadores cuánticos realizar ciertos cálculos mucho más rápidos que las computadoras tradicionales.
En la actualidad, no hay un ordenador cuántico en el mundo lo suficientemente grande como para ejecutar el algoritmo de Google para el ranking de las páginas en toda la Web. Para simularlo que una computadora cuántica podría realizar, los investigadores generaron modelos de web que simulan unos pocos miles de páginas web.
La simulación mostró que una computadora cuántica podría, en principio, devolver el ranking de las páginas más importantes en la Web más rápidamente que las computadoras tradicionales, y que este aumento de velocidad cuántica podría mejorar las páginas más necesarios para su clasificación. Además, los investigadores demostraron que para determinar simplemente si los rankings de la páginas web deben ser actualizados, un ordenador cuántico sería capaz de dar un sí o no de respuesta, exponencialmente más rápido que un ordenador tradicional.
Gran avance en memorias cuánticas para almacenar cubits con el espín nuclear
Un cristal de diamante ultrapuro, con una molécula de carbono 13 por cada millón de átomos de carbono 12, podría almacenar un cubit (bit cuántico) durante 24 horas a temperatura ambiente, según un modelo teórico publicado hoy en Science. Los autores han verificado su modelo mediante un experimento que ha logrado almacenar un cubit durante tres segundos tiempo uso de un cristal de diamante con un átomo de carbono 13 por cada cien átomos de carbono 12 (tres segundos es unas mil veces el récord anterior a temperatura ambiente). Más aún, en el mismo número de Science se ha publicado el almacenamiento de un cubit durante tres minutos (180 segundos) en una memoria cuántica basada en silicio (el cubit se ha almacenado en el espín nuclear de una impureza de fósforo), pero enfriado a 4,2 K. Estos dos grandes avances en el desarrollo de memorias cuánticas basadas en el espín nuclear coloca a estas técnicas en un camino envidiable hacia el desarrollo de un futuro ordenador cuántico de utilidad práctica. Nos lo han contado Christoph Boehme, Dane R. McCamey, “Nuclear-Spin Quantum Memory Poised to Take the Lead,” Perspective, Science 336: 1239-1240, 8 June 2012, quienes se hacen eco de los artículos técnicos de M. Steger et al., “Quantum Information Storage for over 180 s Using Donor Spins in a 28Si “Semiconductor Vacuum”,” Science 336: 1280-1283, 8 June 2012, y P. C. Maurer et al., “Room-Temperature Quantum Bit Memory Exceeding One Second,” Science 336: 1283-1286, 8 June 2012.
Ampliar en: Francis (th)E mule Science’s News
En el camino hacia un ordenador cuántico
La fundación Volkswagen ofrece € 550000 de apoyo al proyecto de ciencia de los materiales están llevando a cabo bajo la égida de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz (Alemania).
La Fundación Volkswagen está financiando un proyecto de ciencia de los materiales que se lleva a cabo conjuntamente por las universidades de Maguncia y Osnabrück, en colaboración con el Centro de Investigación de Jülich. El apoyo debe ser proporcionado por un período de tres años y un total de € 550000. Los jefes del proyecto, el Profesor Dr. Angelika Kuhnle y el Dr. Wolfgang Harneit del Instituto de Química Física de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz (JGU), fueron notificados de la concesión en marzo de 2012. Este proyecto es una continuación de un proyecto recientemente concluido anteriormente que también fue financiado por la Fundación Volkswagen. El objetivo general de los proyectos es demostrar la viabilidad técnica de un ordenador cuántico sobre la base de espines de los electrones. Los ordenadores cuánticos son teóricamente capaces de cálculos mucho más eficientes que los de silicio en los quese basan las actuales computadoras. Sin embargo, los materiales necesarios que harían que los ordenadores cuánticos fueran adecuados para el uso diario aún no se han inventado.
Para sus experimentos, el equipo del proyecto en que trabajan Kühnle y Harneit está utilizando fullerenos especiales, de moléculas de carbono con átomos de nitrógeno cerrados, con forma de balones de fútbol. El espín del electrón de este átomo de nitrógeno actúa como un qubit, el equivalente cuántico del bit de un ordenador clásico basado en el silicio. Para leer estos qubits, los científicos tienen que insertar los fullerenos en las vacantes de nitrógeno del diamante , es decir, centros de defectos puntuales en la estructura del diamante, que pueden ser escaneados de forma óptica. Fue Wolfgang Harneit quien tuvo la idea de usar los fullerenos como qubits, y quien estableció los conceptos originales en 2002.
En el primer proyecto, los investigadores confirmaron que los resultados de los cálculos cuánticos utilizando fullerenos se pueden leer con ayuda de los centros de vacantes de nitrógeno en los diamantes. Sin embargo, como los fullerenos no se pudieron configurar apropiadamente en los diamantes, no fue posible realizar cálculos coherentes. En el segundo proyecto, los investigadores planean unir los fullerenos a nanotubos de carbono y luego insertarlos en diamantes. La configuración resultante debería hacer posible realizar cálculos cuánticos complejos inteligibles.
«Estamos trabajando en los ordenadores cuánticos, que son escalables porque estamos en los límites de la tecnología del silicio», dice Angelika Kühnle. «Una computadora cuántica es un tipo completamente revolucionario de computación y una implementación exitosa tendría capacidad impresionante». El proyecto actual se titula «Spin quantum computing based on endohedral fullerenes with integrated single-spin read-out via nitrogen vacancy centers in diamond«. Estará patrocinado por la Fundación Volkswagen «Integration of Molecular Components in Functional Macroscopic Systems» , al igual que su predecesor.
La investigación de Angelika Kühnle la hace una importante contribución a Molecularly Controlled Non-Equilibrium (MCNE) Cluster of Excellence en JGU, que actualmente está compitiendo en la ronda final de la Iniciativa de Excelencia Federal de Alemania.
Fuente: EurekAlert!
La criptografía cuántica es capaz de detectar a un intruso en el escenario más paranoico posible
La clave secreta de tu cuenta bancaria online puede estar bien guardada en tu cerebro, pero alguien que pueda manipular tu ordenador de forma maliciosa con absoluta libertad tiene muchos medios para descubrirla. La criptografía clásica no puede hacer nada, pero la cuántica sí que puede. Los paranoicos de la seguridad tienen un protocolo cuántico capaz de detectar intrusos en el peor escenario posible. Un nuevo protocolo de criptografía cuántica capaz de luchar contra el libre albedrío del manipulador del equipo y contra cualquier manipulación posible de dicho equipo se ha presentado hoy en el congreso anual de la AAAS de 2012. El nuevo protocolo ha sido obtenido por uno de los mayores expertos mundiales en cifrado cuántico, Artur Ekert, profesor de la Universidad de Oxford, GB y director del Centro de Tecnologías Cuánticas de la Universidad Nacional de Singapur. Me he enterado gracias a Jenny Hogan, “Twists to quantum technique for secret messaging give unanticipated power,” EurekAlert!, 18 Feb. 2012, que no presenta detalles del nuevo protocolo cuántico. Ekert presentará en su charla “A Powerful Twist on Quantum Cryptography,” 2012 AAAS Meeting, un protocolo de cifrado cuántico independiente del dispositivo (device independent cryptography) basado en su reciente artículo Koh et al., “The effects of reduced “free will” on Bell-based randomness expansion,” ArXiv, 16 Feb 2012; supongo que será similar al publicado por Barrett, Colbeck y Kent, “Prisoners of their own device: Trojan attacks on device-independent quantum cryptography,” ArXiv, 20 Jan 2012.
¿Quieres saber algo más sobre cifrado cuántico? Te recomiendo la lectura del breve artículo de Artur Ekert, “Cracking codes,” +plus magazine, March 1, 2005, y “Cracking codes, part II,” +plus magazine, April 30, 2005. El artículo de Artur Ekert, “Less reality, More Security,” también merece una lectura.
Fuente: Francis (th)E mule Science’s News
En Yale, la computación (qu)cuántica está un poco más cerca de la realidad
Físicos de la Universidad de Yale (EE.UU.) han dado un paso importante en el desarrollo de la computación cuántica, una nueva frontera en la informática que promete procesamiento exponencialmente más rápido de la información de las computadoras más sofisticadas de hoy en día.
En una investigación publicada en línea este mes en la revista Nature, físicos de Yale demostraron la forma más básica de corrección cuántica de errores – una forma de compensar la susceptibilidad intrínseca a los errores en la computación cuántico. El desarrollo de la tecnología para corregir estos errores sobre la marcha es un paso necesario para la plena realización de los ordenadores cuánticos.
«Sin la corrección de errores, no se puede hacer un ordenador cuántico que tenga un aumento exponencial de aceleración», dijo Matthew Reed, un doctorado de quinto año estudiante de física en la Universidad de Yale que es el autor principal del artículo. «Los pequeños errores de otro modo inexorablemente se acumulan y hacen que el cómputo fracasase.»
Los ordenadores cuánticos utilizan bits cuánticos («qubits») para representar la información. Estos qubits puede tomar muchas formas, tales como iones o moléculas atrapadas. En Yale, los investigadores hicieron sus qubits de átomos «artificiales» utilizando circuitos superconductores. Cualquier qubit debe ser capaz de llevar a cabo cualquiera de los dos estados, «0» ó «1», o ambos estados simultáneamente. Para los ordenadores cuánticos trabajen bien hay que reconocer e interpretar estos estados qubit. Sin embargo, los qubits son propensos a los cambios accidentales de estado es decir, errores de interpretación, siendo factores de confusión.
Por primera vez, el equipo de Yale ha demostrado corrección cuántica de errores en un sistema de estado sólido, un dispositivo electrónico análogo a un chip de ordenador. El equipo desarrolló una técnica para identificar el estado original de un qubit, la detección de cambios y revertirlos cuando sea necesario.
«Este resultado, combinado con los avances recientes de nuestro laboratorio y otros hacia la fabricación de qubits más coherente, muestra que los circuitos superconductores, el sistema que se estudia aquí en la Universidad de Yale, a la larga puede ser una plataforma bajo la que esté construido un ordenador cuántico», dijo Robert Schoelkopf, el líder del grupo de investigación.
Investigadores de Yale, algunos involucrados en el avance más reciente, han desarrollado previamente el primer procesador cuántico rudimentario en estado sólido, un dispositivo que se ve y se siente como un microprocesador convencional.
Otros autores del estudio son L. DiCarlo de la Universidad Tecnológica de Delft en los Países Bajos, y Nigg SE, Sun L., L. y SM Frunzio Girvin, toda la Universidad de Yale.
Un salto cuántico en informática
Cuando el físico estadounidense Richard Feynman en 1982 propuso la creación de un ordenador cuántico que podría resolver los problemas complejos, la idea no era más que una teoría de los científicos creían que estaba muy lejos en el futuro.
Los investigadores de USC Dornsife se están acercando en el aprovechamiento de la computación cuántica , un sistema que aprovecha de las peculiaridades de cómputo, tales como la coherencia cuántica. En el pasado, la decoherencia cuántica ha obstaculizado los intentos de los investigadores para construir un ordenador cuántico duradero porque el proceso interfiere con las propiedades cuánticas y hace que el sistema no sea mejor que un ordenador clásico. Como elemento de disuasión, la decoherencia se ha convertido en un obstáculo que puede superarse usando trucos de cuántica desarrollada por investigadores de la USC.
En octubre, la USC fundó USC-Lockheed Martin Quantum Computing Center, donde se encuentra el One D-Wave, con un valor aproximado de $ 10 millones y propiedad de Lockheed Martin. USC y Lockheed Martin, trabajarán juntos para explorar el potencial de la tecnología de vanguardia. El centro y el ordenador cuántico adiabático que se emplea para resolver problemas de optimización se encuentran en el campus USC Information Sciences Institute en Marina del Rey, California
«Hemos sido fuertes en la computación cuántica durante años, pero este desarrollo es en realidad un salto cuántico para nosotros», dijo Daniel Lidar, un profesor de química en la USC Dornsife con nombramiento conjunto en USC Viterbi School of Engineering, quien trabaja como director científico y técnico del centro, y que inició los esfuerzos que culminaron en la llegada del One D-Wave.
«Creemos que el procesador ‘Rainier’ puede allanar el camino hacia la solución de algunas cuestiones interesantes como algoritmos de problemas de optimización. Problemas como el aprendizaje automático de reconocimiento automático de imágenes, y validación del software»
Lidar es líder de un equipo que por separado realiza investigaciones de $ 6,25 millones con el apoyo de Department of Defense Multidisciplinary Research Initiative (MURI) la concesión fue dada a cinco instituciones académicas bajo la dirección de la USC. El proyecto de la USC es parte de un programa MURI de 151 millones de dólares con la participación de 27 instituciones.
«El chip D-Wave es controvertido: muchos investigadores en la comunidad se muestran escépticos con respecto a sus poderes cuánticos», dijo el Lidar. «Un aspecto importante de los esfuerzos de investigación de USC será la de resolver esta controversia.»
Los resultados del centro podría conducir al diseño de computadoras súper rápidas. «Este centro es muy grande para la comunidad de la información cuántica», dijo Zanardi, profesor de física en la USC Dornsife y miembro electo de la Sociedad Americana de Física. «En lugar de simplemente escribir las teorías por fin podemos comprobar en un sistema real y concreto.»
Quince miembros de USC Dornsife e investigadores de USC Viterbi, junto con titulados de la USC y los estudiantes de posdoctorado están colaborando a través del centro, tratando de entender mejor las preguntas desconcertantes de los sistemas cuánticos. El grupo forma parte del USC Center for Quantum Information and Science and Technology (CQIST), que sirve como organización paraguas para la computación cuántica en la USC.
A diferencia de una computadora clásica, que codifica un uno o un cero utilizando los bits tradicionales, los ordenadores cuánticos se basan en qubits, una unidad de información cuántica relacionados con las propiedades cuánticas de un átomo físico. La mecánica cuántica puede codificar los dígitos uno y cero al mismo tiempo – en gran medida origina la aceleración del sistema. Esta propiedad se conoce como superposición – junto con la capacidad de estados cuánticos de «túnel» a través de barreras de energía – permite a la computadora para realizar los cálculos de optimización mucho más rápido que los ordenadores clásicos. Al tomar ventaja de estas propiedades, una computadora cuántica, en teoría, podría procesar cada respuesta posible al mismo tiempo, en lugar de uno en uno.
Los investigadores utilizarán el procesador de D-Wave para desarrollar métodos para la construcción de nuevos algoritmos de optimización cuántica, el estudio de la física fundamental del entrelazado y conducir experimentos en la computación cuántica adiabática.
También se centrará en la gestión de la decoherencia. El mismo principio que impulsa a los ordenadores cuánticos para funcionar a altas velocidades también puede ser un obstáculo molesto, obstáculo que se inicia con partículas cuánticas de superposición, golpeando el sistema cuántico a ser como un ordenador clásico. Imagine el sistema cuántico como un punto en el espacio y desea que el punto siga una trayectoria precisa. Bastante simple, excepto la interacción continua del sistema cuántico con el medio ambiente al azar se inicia alrededor de los puntos y fuera de la trayectoria. La clave es la protección de la información cuántica y el control de la decoherencia.
«Para que nos permita superar a los dispositivos clásicos de procesamiento de la información, los componentes cuánticos tienen que ser muy estables», dijo Zanardi. «Resulta que esta rareza cuántica es el ingrediente extra que nos da aceleraciones de cálculo, en comparación con algoritmos clásicos que son muy frágiles.»
El desarrollo de algoritmos de optimización puede ayudar a detectar errores en los programas de ordenador. Además, la optimización tiene el poder de encontrar una aguja en un pajar, dijo Haas, profesor de física y astronomía, y vicedecano de la investigación en la USC Dornsife. «Un modelo tiene infinitas soluciones, pero sólo uno de ellos es óptima», dijo Haas. «La solución óptima puede ser una entre mil millones. Si usted tiene una computadora clásica que tardaría una eternidad en encontrar la solución óptima. Con una computadora cuántica, la búsqueda es mucho más acelerada «.
Haas y Tamim Albash, un investigador asociado postdoctoral en el departamento de física en la USC Dornsife, se ocupan de cómo controlar un sistema de computación cuántica – o la manipulación de las entradas a un sistema para obtener el efecto deseado en la salida del sistema. Mediante la manipulación del campo magnético que rodea al dispositivo, los investigadores están tratando de encontrar el estado de menor energía de un sistema específico de la mecánica cuántica, o la propiedad del estado fundamental de un problema específico de interés.
Investigadores de la USC estudian los diversos desafíos asociados con la construcción de un ordenador cuántico, por lo que es más fácil de construir en el futuro. El nuevo centro abre el camino a los estudiosos para profundizar los conocimientos en un campo potencialmente revolucionaria.
«Esta tecnología va a ser un campo de pruebas ideal para nuestras teorías y nos permitirá desarrollar nuestras teorías en nuevas direcciones», dijo Zanardi. «Espero grandes cosas de el procesador. Todos estamos entusiasmados. »
Fuente: PHYSORG
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