Gran avance de D-Wave, sus chips entrelazan al menos ocho cubits

Dibujo20140612 D-wave 512 cubit chip - 8 cubit cell

La compañía canadiense D-Wave afirma que sus ordenadores, que usan cubits superconductores, implementan el algoritmo de recocido cuántico. Pero no han demostrado que todos los cubits estén entrelazados entre sí durante la ejecución del algoritmo. Un nuevo artículo en Physical Review X demuestra que al menos logran que ocho cubits estén entrelazados.

No es suficiente, su algoritmo no ha demostrado ser más eficiente que el algoritmo clásico de recocido simulado. Además, hay fuertes indicios de que sus ordenadores se pueden simular de forma eficiente con ordenadores clásicos. Aún así la compañía considera un gran éxito su nuevo artículo. Geordie Rose siente el aliento de la gloria en su nuca.

El nuevo artículo técnico es T. Lanting et al., “Entanglement in a Quantum Annealing Processor,” Phys. Rev. X 4: 021041, 29 May 2014; arXiv:1401.3500 [quant-ph]. Algunos son muy optimistas, como Chris Lee, “A quantum (computing) gun revealed by quantum smoke. D-Wave’s quantum computer shows direct evidence of quantum goodness,” Ars Technica, 11 Jun 11 2014. Pero los expertos son más bien moderados al respecto, como Scott Aaronson, “Quantum computers are not known to be able to solve NP-complete problems in polynomial time, and can be simulated classically with exponential slowdown,” Shtetl-Optimized, 16 Jan 2014.

Dibujo20140612 D-wave superconducting cubits

Las ventajas cuánticas prometidas por la empresa D-Wave requieren que la gran mayoría de sus cubits estén entrelazados durante la ejecución del algoritmo de recocido cuántico. Si solamente se entrelazan entre sí grupos pequeños, de unos pocos cubits, no se logra ninguna ventaja respecto a un ordenador clásico. De ahí que la mayoría de los expertos dude de que los ordenadores de D-Wave se puedan calificar como ordenadores cuánticos.

¿Por qué es tan difícil demostrar que los cubits de D-Wave se entrelazan en grupos grandes? Porque sus máquinas están diseñadas para ser escalables en el número de cubits, es decir, para que se puedan añadir muchos cubits (ya tienen una máquina con 1024 cubits). Esta escalabilidad impide acceder al estado de los cubits de forma indirecta, sin que se destruya cualquier tipo de entrelazamiento cuántico, durante la ejecución del algoritmo. Su gran ventaja práctica es su gran desventaja a la hora de demostrar su funcionamiento.

Dibujo20140612 D-wave 8 cubit entanglement proof by comparison with theoretical predictions

La imagen que abre esta entrada presenta un chip de D-Wave con 512 cubits superconductores. Está formado por una matriz de 8×8 de celdas individuales, cada una formada por 8 cubits. En el nuevo artículo presentan un novedoso sistema de medida del estado cuántico de una de estas celdas de 8 cubits. Ello les permite demostrar que, durante la ejecución del algoritmo con 512 cubits, al menos 8 de estos cubits (todos de la misma celda) se encuentran en un estado entrelazado.

La demostración no es espectacular, pues se basa en comparar los resultados medidos con las predicciones teóricas, pero es suficiente para convencer a la mayoría de los incrédulos. Hay que recordar que se requiere un gran alarde técnico para verificar el entrelazamiento entre ocho cubits aislados. No digamos ya cuando están en una celda dentro de un chip que posee otras 63 celdas similares. Por ello considero que se trata de un gran avance, sin lugar a dudas.

Sin embargo, repito, incluso si todos los cubits de las celdas se entrelazan entre sí dentro de las celdas, pero no hay entrelazamiento entre celdas contiguas, no se estará implementando el algoritmo de recocido cuántico. En dicho caso el ordenador de D-Wave con 512 cubits no será más eficiente que un ordenador clásico con 512 bits que implemente el algoritmo de recocido simulado.

El siguiente paso de la compañía D-Wave debería ser demostrar que al menos dos celdas de 8 cubits presentan estados entrelazados de al menos 16 cubits. No será fácil. Tampoco será una prueba definitiva. Pero acallará poco a poco muchas voces en contra.

Por supuesto, también seguirán subiendo el número total de cubits (o el número total de celdas de 8 cubits, o el número de cubits por celda). Su objetivo será demostrar en la práctica que su ordenador “cuántico” sirve para algo útil en la práctica, es decir, es capaz de resolver un problema fuera del alcance de los ordenadores clásicos actuales. No es un camino fácil. Pero la meta es la gloria.

Permíteme acabar con un comentario final. Mucha gente se pregunta cuándo los ordenadores “cuánticos” de D-Wave, si son cuánticos, serán útiles en la práctica. La respuesta es sencilla: los resultados publicados hasta ahora indican que no escalan bien y que nunca lo lograrán. Pero espero estar equivocado. La mayoría de la gente teme que estos ordenadores lleguen a ser capaces de descifrar las claves de sus tarjetas de crédito. Nunca lo lograrán [con la tecnología actual añadiendo nuevos cubits; obviamente, si en el futuro desarrollan una nueva tecnología, la cuestión podría ser diferente]. Con lo que sabemos a día de hoy es pura utopía.


12 Comentarios

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Francisco R. Villatoro

Alberto, nunca digas nunca jamás. Con “Nunca lo lograrán” quería decir que con la tecnología actual de D-Wave nunca lo lograrán. Se tendrá que desarrollar una nueva tecnología. Quizás lo hagan ellos, quizás otros…

Daniel de FrançaDaniel de França

The counter argument is that who programmed the classical computer were very experienced and skilled programmers (indeed, one of those was a Russian who was skilled in getting the maximum out of scarce processing power, decades ago)

Daniel de FrançaDaniel de França

Another thing it is that we are dealing with a transition to a bose einstein condensate, so, unlike quantum digital processing, this case should be far more easier to achieve. We are talking about analogue! I don’t doubt that millions of atoms can be eventually entangled.

Daniel Manzano

Buenas.

Un tipo de la compañía, no recuerdo cuál, vino a darnos un seminario sobre esto mismo hace ya unos meses. Créeme si te digo que aún quedan bastantes escépticos. Como dices el no poder acceder a los qubits en sí impide usar medidas estándar de entrelazamiento, como las entanglement witnesses, y todo se basa entonces en medidas indirectas. Básicamente se basa en demostrar que el sistema da los mismos resultados que daría un sistema entrelazado, pero eso se puede también simular con un sistema clásico. Viene a ser un debate similar al que tenemos en el campo de la “biología cuántica”, donde vemos fenómenos que son muy fácilmente explicados con modelos cuánticos, pero también se pueden explicar con modelos clásicos.

En cierto modo veo que la comunidad está desplazándose un poco de la excitación inicial a un punto de vista más pragmático. El sistema es original, y la idea de perseguir simuladores cuánticos que hagan una tarea concreta en vez de ordenadores cuánticos universales es algo a plantearse. Sin embargo, D-wave no parece que nos vaya a enseñar nada nuevo sobre física cuántica, y hasta ahora no ha demostrado ser útil. Entonces no está muy claro si vale la pena pagar el millón y medio de euros que vale cada máquina, ni si continuar en esa dirección nos dará beneficios.

En mi opinión, los responsables de D-Wave debería centrarse menos en demostrar que su máquina es cuántica y centrarse más en usarla para resolver algún problema. Si dan una solución a un problema que un ordenador clásico no pueda dar, entonces será interesante y valdrá la pena invertir ese dinero.

juanjuan

Buenas.

Últimamente he leido alguno de los articulos que has escrito sobre D-Wave.
Es un tema que me parece muy interesante. Lástima que cuando yo estudiaba no había especialidad de eso, ni de nanotecnología, que es otra de las especialidades que me gustan.

Volviendo al tema, ¿Qué te parece esta noticia:?
http://guardianlv.com/2013/06/nasa-a...ace-humans/
http://mic.com/articles/46159/nasa-g...ike-a-human
¿Será verdad?
Y si lo fuera ¿Por qué iban a comprar entonces uno de esos ordeandores si no fuera cuántico o al menos si no fuese mejor para algunas cosas que uno clásico?

Francisco R. Villatoro

Juan, no hay que mezclar churras con merinas. Google lleva apoyando económicamente a D-Wave desde hace años (como campaña de marketing para Google, pues lo ha hecho con cantidades muy pequeñas de dinero y siempre ha aparecido en prensa dicho apoyo). A Google le desgrava crear centros de investigación y el centro de investigación en computación cuántica con la NASA es uno de los muchos que tiene. Comprar una máquina de D-Wave para dicho centro es algo natural en este contexto. Sea o no sea una máquina cuántica importa un comino. Google obtiene los mismos beneficios empresariales en ambos casos.

JuanJuan

Hola.
¿En cuál de tus artículos explicas por qué es importante el entrelazamiento de los qubits?
¿O en qué artículo de Internet o de alguna revista? Es que me suelo encontrar o vídeos que te hablan de los bits vs qbits muy superficialmente o ya pasas a los libros de mecánica cuántica en los que te pierdes con un montón de matemáticas, creo que falta algo intermedio.

Por otro lado, ¿Cuál es el mejor videotutorial que habéis encontrado para explicar estas cosas? yo de momento este:
https://www.youtube.com/watch?v=0dXNmbiGPS4
aunque no entra en el detalle de mi duda, ¿por qué es necesario el entrelazamiento?

JuanJuan

¿Qué tecnología te parece más prometedora para la creación del primer computador cuántico que realmente funcione? ¿fotones, efecto josephson en superconductores, iones, electrónes,…?

Francisco R. Villatoro

Juan, ahora mismo todas son igual de prometedoras. Todos son mejores que las demás en ciertas cosas y peores que las demás en otras. Quedan décadas de investigación para que se pueda contestar a tu pregunta.

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