Un artículo reciente en Science, Quest for qubits, Dic 2016 ofrece algunos detalles sobre el enfoque de Google para crear una computadora cuántica, además de algunos otros enfoques. También contrasta esto con el enfoque de D-Wave.
Esencialmente, el objetivo de todos estos enfoques es construir máquinas con más Qubits. Con aproximadamente 50 qubits, una computadora cuántica puede abordar problemas que están más allá del alcance de las computadoras clásicas, como simular estructuras moleculares en química o problemas en criptografía y aprendizaje automático ( John Preskill califica este umbral de 50 qubit como “supremacía cuántica” para esta razón. D-wave anunció un sistema Qbit 2000 en septiembre de este año, pero sus computadoras cuánticas no son computadoras cuánticas universales en el sentido de su capacidad para resolver problemas, aunque comparten algunos atributos como se explica a continuación. D-Wave Systems Previews 2000 -Qubit Sistema Cuántico ). Dos efectos cuánticos únicos, la superposición y el entrelazamiento cuántico, permiten a las computadoras cuánticas resolver problemas que están más allá del alcance de las computadoras clásicas.
- El enfoque de Google es construir qubits a partir de pequeños circuitos superconductores. Han construido una máquina de 9 qubits y esperan escalar a 49 en un año. Un artículo en Nature 2008 discute qubits superconductores, que forman el componente clave de tales circuitos. Bits cuánticos superconductores, Nature 2008
- Los circuitos superconductores son de tamaño macroscópico pero tienen propiedades cuánticas genéricas, como niveles de energía cuantificados, superposición de estados y enredos, todos los cuales se asocian más comúnmente con los átomos. Los bits cuánticos superconductores (qubits) forman el componente clave de estos circuitos. Su estado cuántico se manipula mediante el uso de pulsos electromagnéticos para controlar el flujo magnético, la carga eléctrica o la diferencia de fase a través de una unión Josephson (un dispositivo con inductancia no lineal y sin disipación de energía). Como tal, los qubits superconductores no solo tienen un interés fundamental considerable, sino que también pueden formar los bloques de construcción primitivos de las computadoras cuánticas.
- Los tres tipos fundamentales de qubit superconductores se describen en el documento: flujo, carga y fase ( De la figura en el artículo de Science, Google parece ser qubits de carga, discute la corriente en una superposición de estados. Vale la pena señalar que John Martinis tuvo en 2002 demostró la fase qubit [9]
- En el caso de qubits de flujo, los estados cuánticos son el flujo magnético que apunta hacia arriba o hacia abajo. En el caso de la carga, es una supercorriente ( corriente eléctrica que fluye sin disipación ) que fluye en sentido horario y antihorario en el circuito.
El reciente artículo de Science Quest for qubits también explica por qué la superconductividad permite que los fenómenos de escala atómica sean observables a escala macroscópica.
- La razón es que todos los pares ( electrones de Cooper ) responsables del mantenimiento de la supercorriente se condensan en una única función de onda macroscópica.
El enfoque de D-Wave se basó en una técnica llamada recocido cuántico donde los qubits se enredan con los vecinos e interactúan para producir, un estado cuántico general, que es un estado de energía mínima. Entonces, la idea es mapear cierta clase de problemas como problemas de optimización en tales estados y usar efectos cuánticos para encontrar tales puntos mínimos.
Otros enfoques descritos en el documento están creando qubits a partir de iones atrapados, puntos cuánticos de silicio ( agregando electrones al silicio puro ), camino trenzado de cuasipartículas y defectos de escala de átomos en el diamante ( presencia de un átomo de nitrógeno en una red de carbono de un diamante )
Todos estos enfoques, junto con el enfoque de bucles superconductores de Google, intentan construir computadoras cuánticas donde el objetivo es controlar y manipular la evolución del estado cuántico, en contraste con el enfoque de la onda D, donde la máquina aprovecha la evolución natural de los estados cuánticos, con sin control sobre ellos. La ventaja de tener control sobre la evolución de los estados cuánticos es que se puede resolver una clase mayor de problemas.
- Esta es también la razón por la cual D-wave tiene máquinas de más de 2000 Qubits hasta la fecha, mientras que la computadora cuántica universal de última generación es de aproximadamente 10 qubits. [8]
- El criterio para considerar una máquina como una computadora cuántica universal, es que existe un mapeo de tiempo polinómico de ciertos algoritmos ( el algoritmo de Shor para factorizar números grandes y el algoritmo de Grover para búsqueda ) a estas arquitecturas de computación cuántica.
- El algoritmo cuántico de Shor para la factorización es Θ (n ^ 2 log (n) log log (n)) en contraste con el tiempo de ejecución exponencial para el algoritmo clásico más rápido [6]
- El algoritmo cuántico de Grover para búsqueda toma Θ (√ (2 ^ n)) en contraste con Θ (2 ^ n) para un espacio de búsqueda compuesto por 2 ^ n elementos de búsqueda, cada uno de longitud n. [6]
Science, Quest for qubits, dic 2016
Bits cuánticos superconductores, Nature 2008
Referencias
- Quantum Diamond Technologies Inc
- Dentro de la búsqueda de Microsoft de un cómputo cuántico topológico, Nature Oct 2016
- Centro de vacantes de nitrógeno – Wikipedia
- Recocido cuántico – Wikipedia
- Ampliación de la vida útil de un bit cuántico con corrección de errores en circuitos superconductores, Nature, julio de 2016
- http://pages.cs.wisc.edu/~dieter … – trabajo de tesis muy informativo que discute la importancia de la interferencia y el enredo en la computación cuántica
- Computación cuántica e información cuántica: Edición del décimo aniversario: Michael A. Nielsen, Isaac L. Chuang: 9781107002173: Amazon.com: Libros
- Science, Quest for qubits, dic 2016
- Bits cuánticos superconductores, Nature 2008
- Computadoras Cuánticas, Naturaleza 2010
- El video a continuación de D-wave explica por qué sus máquinas que usan el recocido cuántico no es una computadora cuántica universal, aunque está relacionada con una forma de computación cuántica universal llamada computación cuántica adiabática (punto de tiempo 5:00).
