Resumen informativo
- Con el apoyo del Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía, los investigadores simularon un estado cuántico clave en una de las escalas más grandes.
- El estudio utilizó la computadora Quantinuum H1-1 para formular una versión cuántica de un modelo matemático clásico que rastrea cómo se propagan las enfermedades.
- Los investigadores estiman que 70 qubits podrían igualar o superar las capacidades de una computadora clásica.
- historia: ORNL
Comunicado de prensa – Los investigadores han simulado el estado cuántico clave en una de las escalas más grandes jamás reportadas, con el apoyo del Programa de Usuario de Computación Cuántica, o QCUP, en el Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía.
Las técnicas que utiliza el equipo podrían ayudar a avanzar en las capacidades de simulación cuántica de la próxima generación de computadoras cuánticas.
el estudio usuario Cantidad Computadora H1-1 para diseñar una versión cuántica de un modelo matemático clásico que rastrea cómo se propagan las enfermedades. QCUP, un software que ahorra tiempo en la computadora Instalación de informática de liderazgo de Oak Ridgeque da tiempo a procesadores cuánticos de propiedad privada en todo el país para apoyar proyectos de investigación.
El modelo utilizó bits cuánticos, o qubits, para simular la transición entre estados activos, como infección, y estados inactivos, como muerte o recuperación.
«El objetivo de este estudio era trabajar en la construcción de las capacidades de una computadora cuántica para resolver este y otros problemas similares que son difíciles de calcular en computadoras clásicas», dijo Andrew Potter, coautor del estudio y profesor asistente de física. . En el Universidad de Columbia Britanica En Vancouver. “Este experimento representa un intento de guiar un sistema cuántico hacia un determinado estado, mientras compite con las fluctuaciones cuánticas que se alejan de ese estado. Hay un punto de transición en el que estas influencias en competencia están completamente equilibradas. Este punto separa la etapa en la que la guía tiene éxito. la etapa en la que falla”.
Cuanto más lejos esté un sistema del equilibrio, más probable será que las versiones clásicas del modelo colapsen debido al tamaño y la complejidad de las ecuaciones. El equipo de investigación intentó utilizar la computación cuántica para modelar esta dinámica.
Las computadoras clásicas almacenan información en bits iguales a 0 o 1. En otras palabras, un bit clásico, como un interruptor de luz, existe en uno de dos estados: encendido o apagado. Esta dinámica dual no necesariamente se presta a modelar estados de transición como los estudiados en el modelo de enfermedad.
Estadísticas cuantitativas Utiliza las leyes de la mecánica cuántica para almacenar información en qubits, el equivalente cuántico de los bits. Los qubits pueden existir en más de un estado a la vez mediante la superposición cuántica, lo que les permite transportar más información que los bits clásicos.
En la superposición cuántica, un qubit puede existir en dos estados al mismo tiempo, similar a una moneda que gira: no hay cara ni cruz en la moneda, y no hay una frecuencia u otra para el qubit. Medir el valor de un qubit determina la probabilidad de medir cualquiera de dos valores posibles, similar a detener una moneda en cara o cruz. Esta dinámica permite una gama más amplia de valores posibles que pueden utilizarse para estudiar cuestiones complejas como los estados de transición.
Los investigadores esperan que estas posibilidades conduzcan a una revolución cuántica que hará que las computadoras cuánticas superen a las máquinas clásicas en velocidad y potencia. Pero los qubits utilizados por las máquinas cuánticas actuales tienden a degradarse fácilmente. Esta decadencia conduce a altas tasas de error que pueden distorsionar los resultados de cualquier modelo mayor que el problema de prueba.
Potter y sus colegas obtuvieron la hora a través de QCUP en la computadora Quantinuum, que utiliza iones atrapados en forma de qubits. Midieron los circuitos, o puertas cuánticas, a lo largo del experimento y utilizaron una técnica conocida como reciclaje de qubits para deshacerse de los qubits degradados.
«Utilizamos un procesador cuántico para simular un sistema en el que los qubits activos tienen la capacidad de activar qubits vecinos o volverse inactivos». dijo Potter. “Al monitorear el sistema en tiempo real en cada paso y probarlo sobre la marcha, podemos descubrir la posibilidad de implementar una puerta cuántica. en el qubit puede afectar el estado del qubit Si no, elimínelo de la cuenta. De esta manera evitamos la posibilidad de que se produzcan errores.
El equipo decidió que podían utilizar su enfoque en 20 qubits para suprimir errores y simular un sistema cuántico aproximadamente cuatro veces ese tamaño. Estimaron que su enfoque de 70 qubits podría igualar o superar las capacidades de una computadora clásica.
«Esta es la primera vez que se utiliza este enfoque para un sistema de este tamaño», dijo Potter.
Los próximos pasos incluyen aplicar el reciclaje de qubits a problemas cuánticos, como simular las propiedades de los materiales y calcular sus estados de menor energía, o estados fundamentales cuánticos.
El apoyo para esta investigación provino del Programa de Investigación de Computación Científica Avanzada de la Oficina del DOE y la Fundación Nacional de Ciencias. La OLCF es una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE en ORNL.
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