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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