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La Curveball de 56 cubits de IBM puede afectar a los planes de computación cuántica de Google
Justo cuando parecía subestimada, la computación clásica está volviendo a atacar. IBM ha ideado una manera de simular ordenadores cuánticos que tienen 56 bits cuánticos, o cubits, en un superordenador no cuántico – una tarea que antes se creía imposible. La hazaña mueve los palos de la portería en la lucha por la supremacía cuántica, el esfuerzo por superar a las computadoras clásicas usando las cuánticas.
Antes se aceptaba ampliamente que un ordenador clásico no puede simular más de 49 qubits debido a limitaciones de memoria. La memoria necesaria para las simulaciones aumenta exponencialmente con cada cubit adicional.
Lo más cerca que se había llegado a poner a prueba el límite de 49 bits era una simulación de 45 bits en el Instituto Federal Suizo de Tecnología de Zúrich, que necesitaba 500 terabytes de memoria. La nueva simulación de IBM eleva la suposición al simular 56 qubits con sólo 4,5 terabytes.
La simulación se basa en un truco matemático que permite una representación numérica más compacta de los diferentes arreglos de qubits, conocidos como estados cuánticos.
Una operación de computación cuántica es típicamente representada por una tabla de números que indica lo que se debe hacer a cada cubit para producir un nuevo estado cuántico. En su lugar, los investigadores del Centro de Investigación T. J. Watson de IBM en Yorktown Heights, Nueva York, utilizaron tensores – tablas efectivamente multidimensionales aumentadas con ejes más allá de filas y columnas.
Gracias a los ejes adicionales, se puede introducir mucha más información en unos cuantos tensores, siempre y cuando sepamos escribirla en el lenguaje de los tensores. Los investigadores encontraron una forma de hacer precisamente eso para las operaciones de computación cuántica.
Vergonzosamente paralelos
Al escribir las operaciones en forma tensorial, también descubrieron una manera de dividir la tarea de simulación en lo que ellos llaman trozos «vergonzosamente paralelos», lo que les permitió usar los muchos procesadores de un supercomputador simultáneamente. Esto les ganó el último bit de eficiencia necesario para simular una computadora cuántica de 56 bits.
IBM se ha pasado de la raya «, dice Itay Hen de la Universidad del Sur de California. «Será mucho más difícil para la gente de dispositivos cuánticos exhibir supremacía.»
IBM tiene ahora un ordenador cuántico funcional de 56 bits que vive en su supercomputadora. Pero mientras que eso es una mejora con respecto al récord anterior, Andrew Childs en la Universidad de Maryland dice que no es un gran salto hacia adelante. No creo que estén afirmando que esto vaya a darles una simulación eficiente de sistemas cuánticos en un ordenador clásico «, dice.
Aun así, han subido la apuesta en la carrera por superar a los ordenadores clásicos con sistemas cuánticos. Google dijo anteriormente que estaban en camino de construir un procesador de 49 bits a finales de 2017, pero eso ya no les permitirá alcanzar la supremacía cuántica.
De hecho, Bob Wisnieff, el investigador principal del estudio de IBM, dice que su simulación actual funciona cerca de «mil millones de veces más lento» que las estimaciones teóricas para una computadora cuántica real de 56 cubits.
El equipo de Wisnieff planea experimentar con supercomputadoras cuyos procesadores pueden comunicarse eficazmente entre sí. Esperan poder exprimir unos cuantos más de estos canales de comunicación, lo que ayuda a acelerar el cálculo paralelo necesario para la simulación.
El objetivo de IBM es construir una computadora cuántica que pueda «explorar problemas prácticos» como la química cuántica, dice Wisnieff. Espera comprobar la precisión de las computadoras cuánticas frente a sus simulaciones antes de poner a prueba las computadoras cuánticas reales.
«Quiero ser capaz de escribir algoritmos para los que conozco las respuestas antes de ejecutarlos en una computadora cuántica real «, dice.
Referencia: arxiv.org/abs/1710.05867
Físicos encuentran que no estamos viviendo en una simulación por ordenador
Por si acaso has estado pensando en ello, ahora puedes relajarte. Un equipo de físicos teóricos de la Universidad de Oxford en el Reino Unido ha demostrado que la vida y la realidad no pueden ser meras simulaciones generadas por un ordenador extraterrestre masivo.
El hallazgo, inesperadamente definido, surgió del descubrimiento de un vínculo novedoso entre las anomalías gravitacionales y la complejidad computacional.
En un artículo publicado en la revista Science Advances, Zohar Ringel y Dmitry Kovrizhi demuestran que la construcción de una simulación computarizada de un fenómeno cuántico particular que ocurre en los metales es imposible – no sólo prácticamente, sino en principio.
Inicialmente, la pareja se propuso ver si era posible utilizar una técnica conocida como Monte Carlo cuántico para estudiar el efecto Hall cuántico, un fenómeno en los sistemas físicos que exhiben fuertes campos magnéticos y temperaturas muy bajas, y se manifiesta como una corriente de energía que atraviesa el gradiente de temperatura. El fenómeno indica una anomalía en la geometría espacial-tiempo subyacente.
Los métodos de Monte Carlo cuántico utilizan el muestreo aleatorio para analizar los problemas cuánticos de muchos cuerpos donde las ecuaciones involucradas no pueden ser resueltas directamente.
Ringel y Kovrizhi mostraron que los intentos de usar Monte Carlo cuántico para modelar sistemas que exhiben anomalías, como el efecto Hall cuántico, siempre serán inviables. Descubrieron que la complejidad de la simulación aumentaba exponencialmente con el número de partículas que se estaban simulando.
Si la complejidad creciera linealmente con el número de partículas que se están simulando, duplicar el número de partículas significaría duplicar la potencia de computación requerida. Sin embargo, si la complejidad crece en una escala exponencial -donde la cantidad de potencia de computación tiene que duplicarse cada vez que se agrega una sola partícula- entonces la tarea se vuelve rápidamente imposible.
Los investigadores calcularon que almacenar información sobre un par de cientos de electrones requeriría una memoria de computadora que físicamente requeriría más átomos de los que existen en el universo.
Los investigadores notan que hay un número de otras interacciones cuánticas conocidas para las que aún no se han encontrado algoritmos predictivos. Sugieren que para algunos de ellos, de hecho, puede que nunca se encuentren.
Y dado que la cantidad físicamente imposible de tareas informáticas necesarias para almacenar información para un solo miembro de este subconjunto, los temores de que podríamos estar viviendo inconscientemente en una vasta versión de La Matriz ahora se puede eliminar.
Tal vez la materia oscura no está compuesto por partículas pesadas
Científicos han llevado a cabo una simulación que explica la colisión entre dos cúmulos de galaxias. Los cúmulos de galaxias son los objetos más grandes que existen en el universo. Son colecciones de cientos de miles de galaxias que se juntaron por la gravedad. Ejemplos raros, de grupos capturados en el acto de colisión parecen desafiar la opinión aceptada de que la materia oscura está compuesta por partículas pesadas.
En general, los cúmulos de galaxias crecen en tamaño mediante la fusión entre sí para ser cada vez más grandes. Las fuerzas gravitacionales provocan que se aproximen lentamente en el tiempo, a pesar de la expansión del universo. El sistema conocido como «El Gordo», el grupo más grande conocido de galaxias, es a su vez el resultado de la colisión entre dos grandes grupos. Se encontró que el proceso de colisión comprime el gas dentro de cada grupo, a temperaturas muy altas de manera que está brillando en la región de Rayos X del espectro. En el espectro de Rayos X, esta nube de gas tiene forma de cometa con dos colas largas que se extienden entre los densos núcleos de los dos cúmulos de galaxias. Esta configuración distintiva ha permitido a los investigadores establecer la velocidad relativa de la colisión, que es extrema (~ 2.200 kilometros/segundo), ya que pone al límite lo que está permitido por la actual teoría de la materia oscura.
Estos ejemplos raros y extremos de grupos capturados en el momento de la colisión parecen estar desafiando la opinión aceptada de que la materia oscura está compuesta de partículas pesadas, ya que tales partículas en realidad no se han detectado, sin embargo, a pesar de los esfuerzos que se realizan para encontrarlas mediante el acelerador LHC (Large Hadron Collider Particle) en Ginebra y el LUX (Gran Experimento Xenon subterráneo), un detector de materia oscura bajo tierra en los Estados Unidos. En opinión de Tom Broadhurst, «es aún más importante encontrar un nuevo modelo que permita que la misteriosa materia oscura se entienda mejor.» Broadhurst es uno de los autores de un modelo de ondas de materia oscura publicado en Nature Physics año pasado.
Este nuevo trabajo de investigación ha supuesto interpretar el gas observado y la materia oscura de «El Gordo», hidrodinámicamente a través del desarrollo de un modelo interno de cálculo que incluye la materia oscura, que comprende la mayor parte de la masa, y que puede ser observada en la región de Rayos X del espectro visible debido a su extremadamente alta temperatura (100 millones Kelvin). El Dr. Broadhurst y el Dr. Molnar han logrado obtener una solución computacional única para esta colisión debido a la forma de cometa de gas caliente, y los lugares y las masas de los dos núcleos de materia oscura que han pasado por el uno al otro en un ángulo oblicuo a una velocidad relativa de aproximadamente 2200 km/s. Esto significa que la liberación total de energía es mayor que la de cualquier otro fenómeno conocido, con la excepción del Big Bang.
Fuente: Sandor M. Molnar, Tom Broadhurst. A HYDRODYNAMICAL SOLUTION FOR THE “TWIN-TAILED” COLLIDING GALAXY CLUSTER “EL GORDO”. The Astrophysical Journal, 2015; 800 (1): 37 DOI: 10.1088/0004-637X/800/1/37
Simulación de movimientos en comercio electrónico
¿Cuánto se gasta en el comercio electrónico en cada país del mundo?, ¿Cómo se usan los diferentes tipos de tarjetas (Visa, Mastercard, American Express y Discover) en las tiendas online?, ¿Cuál es el movimiento de los pagos alternativos (monederos electrónicos, transferencia bancaria, contra reembolso, y Direct Debit) en internet?, ¿qué compra la gente en la web?, ¿cuál es la mayor compañía de comercio electrónico?, ¿cuáles son las ventas generadas por Facebook, Pinterest, Twitter y demás compañías?… cada día vemos informes de diferentes empresas con datos relacionados al movimiento existente en sus cuentas. Es posible, con paciencia y tiempo, acceder a estos informes para responder a las preguntas anteriores y crear una aplicación que ayude a entender el movimiento realizado por el comercio electrónico hoy en día, y eso es precisamente lo que ha hecho Stefan Drew, mediante una simulación, que no son valores en tiempo real.
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La impresión 3D utilizada como una herramienta para explicar la física teórica
Los estudiantes pronto podrán ser capaces de alcanzar y tocar algunos de los conceptos teóricos que se imparten en clases de física gracias a una novedosa idea concebida por un grupo de investigadores del Imperial College de Londres. En el nuevo estudio publicado el nueve de diciembre, en la revista EPL, los investigadores han demostrado con éxito que la complejidad de la física teórica se puede transformar en un objeto físico utilizando una impresora 3D.
En sólo ocho horas, y un costo de alrededor de 15 euros, fueron capaces de utilizar una impresora 3D disponible en el mercado para crear su propio objeto de 8 cm3 basado en un modelo matemático que describe cómo se pueden iniciar los incendios forestales y la forma en que finalmente se extienden a través del tiempo .
Los investigadores han llamado al enfoque «Sculplexity«, que también podría ser utilizado para producir obras de arte basadas en la ciencia, o transformar la manera en que las ideas y conceptos se presentan y discuten en la comunidad científica .
Coautor del estudio, el Dr. Tim Evans, un físico teórico del Imperial, dijo: «El trabajo fue inspirado por una visita al Museo Albert Museum en Londres, donde me encontré con el primer objeto que se imprimió en 3D que el museo había adquirido.
«El objeto era una mesa inspirada en las estructuras arbóreas que se encuentran en la naturaleza, que es un ejemplo de un proceso de ramificación que se encuentra comúnmente en los sistemas complejos de la física teórica. Esto me llevó a pensar, ¿qué otros procesos familiares para la física podrían ser convertidos en un objeto impreso en 3D? »
Coautor del estudio, el Dr. Tim Evans, un físico teórico del Imperial, dijo: «El trabajo fue inspirado por una visita al Museo de Victoria y Alberto en Londres, donde me encontré con el primer objeto que se imprimió en 3D del museo había adquirido.
«El objeto era una mesa inspirada en las estructuras arbóreas que se encuentran en la naturaleza, que es un ejemplo de un proceso de ramificación que se encuentra comúnmente en los sistemas complejos de la física teórica. Esto me llevó a pensar, ¿qué otros procesos familiares para la física podría ser convertido en un objeto impreso en 3D? »
Los sistemas complejos están compuestos de muchas partes que interactúan en diversas escalas de tiempo y longitud y que muestran un comportamiento coherente y ciertos patrones a gran escala. Un organismo vivo es el mejor ejemplo de un sistema complejo, en el que las partes individuales – en este caso los procesos moleculares en la célula – interactúan entre sí y contribuyen a procesos mucho más grandes en una escala macroscópica.
Las interacciones en juego en muchos sistemas complejos pueden ser mapeadas en una rejilla de dos dimensiones que se divide en cuadrados idénticos, o «células». Cada una de las células puede existir en un cierto estado y evolucionar con el tiempo, que se rige por un determinado conjunto de reglas.
En su estudio, los investigadores utilizaron un incendio forestal como un ejemplo, en el que cada celda representa un árbol que podría bien estar vivo, muerto o ardiendo. El estado exacto en el que cada celda está ocupada en el tiempo depende de un conjunto de reglas, que tienen en cuenta la proximidad de la celda a otras celdas que pueden ser que arde o si fue alcanzado por un rayo.
«La idea básica es simple», continuó el Dr. Evans. «Una impresora 3D construye un objeto en capas, la altura del objeto puede ser considerado como tiempo Suponga que tiene un modelo matemático que define una imagen plana, de dos dimensiones que evoluciona en el tiempo, que normalmente será un cuadrícula con algunos lugares llenos y algunos vacíos.
«El modelo matemático se define en cada punto en el tiempo lo que debe imprimir la impresora en una altura. El siguiente paso en el modelo definirá entonces qué imprimir en la parte superior de la primera capa, y así sucesivamente. El resultado es un objeto 3D que muestra cómo el modelo matemático ha evolucionado con el tiempo «.
El modelo resultante que los investigadores crearon no estuvo exento de problemas técnicos, sin embargo, el Dr. Evans cree que la experiencia les ha permitido identificar los obstáculos, formular soluciones e inspirar a la comunidad de físicos a «ser creativos».
Fuente: Institute of Physics
Investigadores de la teoría de cuerdas simulan el big-bang en superordenador
Un trío de físicos japoneses han efectuado una reformulación de la teoría de cuerdas, llamada IIB , en el que las matrices se utilizan para describir las propiedades del universo físico, en un superordenador, para demostrar efectivamente que el universo se infló de manera espontánea en tres de las direcciones, dejando las otras seis dimensiones bien envueltas, como la teoría de cuerdas ha previsto desde el principio. Su trabajo, tal como se describe en un documento de prepublicada en el servidor arXiv, que aparecerá pronto en Physical Review Letters, en efecto, describe el nacimiento del universo.
La teoría de cuerdas, como la mayoría sabe, es la combinación de la mecánica cuántica con la teoría de la relatividad genera , que se supone que es la «teoría del todo», una teoría única que puede resumir y describir todo lo que ocurre en el universo. Hasta ahora ha mostrado ser útil para describir fenómenos tan dispares como el electromagnetismo, la gravedad y los agujeros negro. El problema con la teoría de cuerdas hasta ahora, aunque ha sido por su propia naturaleza, es que ha sido muy difícil de probar su veracidad, es decir, que en nuestro universo hay nueve dimensiones, con el tiempo como una décima, y que en lugar de un número infinito de puntos de partículas formando la base de todo, es todo lugar, hay un número infinito de cuerdas que oscilan, llamadas cuerdas. Para complicar las cosas se da el hecho de que sólo podemos ver tres de esas dimensiones, ya que, teóricamente, las otros seis se plegaron en unas estructuras diminutas llamadas Calabi-Yau.
Para evitar estos problemas, los investigadores recurrieron a la modelo de matriz IIB, que es donde la teoría de cuerdas se representa mediante una matriz infinitamente grande, aunque en este caso, fue reducido a tan sólo 32×32, a efectos prácticos. El equipo de modelado simuló una matriz en un superordenador, para luego crear cientos de miles de matrices de cada simulación de los primeros momentos del universo. Se corrió la simulación durante dos meses. La simulación permitió que el equipo viera la esencia de como el universo alcanzaba el punto de expansión durante el Big Bang. Pero lo más importante, fueron capaces de ver como las nueve dimensiones aparecen, en el momento justo, en tres direcciones, que seis de ellas se pliegan, así como la teoría de cuerdas ha sugerido que sucedió durante el nacimiento del universo .
El equipo planea ver si se puede modelar como el espacio-tiempo cuántico evoluciona en el que ahora percibimos a nuestro alrededor, mediante la construcción de modelos más grandes con grandes matrices.
Fuente: PhysicsWorld
La Universidad de Granada libera un programa que enseña cómo los ordenadores entienden las instrucciones que les dan
El Departamento de Lenguajes y Sistemas Informáticos de la Universidad de Granada (UGR) ha liberado un programa que enseña cómo los ordenadores entienden las instrucciones que se les dan.
Se trata de Sefalas (Software para la Enseñanza de las Fases de Análisis Léxico y Análisis Sintáctico), un programa que ha sido realizado por el alumno José Francisco Jódar como proyecto fin de carrera y que se emplea en la asignatura Procesadores de Lenguajes de cuarto de la Licenciatura en Informática.
Para que un ordenador entienda las instrucciones que se le imparten deben de codificarse en un lenguaje de programación, es decir, un lenguaje específico que representa las instrucciones que se le dan al ordenador. En esta asignatura se enseña qué es lo que constituye esos lenguajes y cómo se pueden escribir programas que, a su vez, permiten que el ordenador los entienda, informa la UGR en un comunicado.
El programa Sefalas, usado en la enseñanza de esta asignatura desde hace varios años, permite que el alumno comprenda mejor todas las fases por las que pasa, estos programas que digieren las órdenes que se le introducen al ordenador.
El programa, de libre distribución hasta ahora en la dirección http://l-g.me/gy, está a partir de la semana pasada disponible también en forma de fuentes en el lenguaje Java http://l-g.me/Im3 y con una licencia que permite su modificación o adaptación a cualquier otro cometido, simplemente modificando esas fuentes.
De esta forma, los alumnos o profesores de cualquier universidad o centro de estudios podrán no sólo usarlo, sino también adaptarlo a su propio currículum, traducirlo a cualquier idioma, y por supuesto usarlo como base para realizar la enseñanza teórica y práctica de la comprensión de los lenguajes de programación de ordenadores.
Fuente: 20Minutos.es
Bajo licencia Creative Commons
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