Ya habrás leído la noticia. D-Wave ha anunciado en una entrevista en The Washington Post que cuenta en sus laboratorios con una máquina de 1000 cubits. El anuncio oficial será dentro de unos meses. Como ya he repetido varias veces en este blog, usar cubits no significa tener un ordenador cuántico; D-Wave no ha podido demostrar que sus cubits se encuentren en estados de superposición durante el cómputo, luego no puede afirmar con rigor que su máquina sea un ordenador cuántico. Más aún, como nos recuerdan en IEEE Spectrum, el anuncio en septiembre de 2013 de un speedup de 3600 respecto a un ordenador clásico tenía trampa, ya que se comparó un algoritmo de propósito específico con un algoritmo clásico genérico; si se utiliza un algoritmo clásico de propósito específico resulta ser mucho más rápido que la máquina de D-Wave. Lo cuenta la propia autora del estudio, Catherine McGeoch. Sin embargo, el farol de D-Wave sigue copando titulares. Y Geordie Rose está encantado con su Ley de Rose (el equivalente cuántico a la Ley de Moore).

Más información en Timothy B. Lee, «This company sold Google a quantum computer. Here’s how it works,» The Washington Post, 10 Jan 2014; Jeremy Hsu, «D-Wave’s Year of Computing Dangerously,» IEEE Spectrum, 26 Nov 2013. En español Innova+, «D-Wave anuncia que ha creado un ordenador cuántico de 1000 qubits,» ABC Tecnología, 13 Ene 2014. Y por supuesto el vídeo de mi charla en #Quantum13 «El timo del ordenador cuántico comercial,» LCMF, 28 Oct 2013.

¿Cómo se puede saber si una máquina que usa 1000 cubits es un ordenador cuántico? En las máquinas de D-Wave hay que diferenciar entre una implementación del algoritmo de recocido simulado (SCA) usando cubits y del algoritmo de recocido cuántico (SQA). La clave es el uso de la coherencia cuántica durante la ejecución del algoritmo. La decoherencia en cada cubit superconductor de D-Wave tiene una escala de tiempo de 0,1 μs (100 ns) mucho menor que el tiempo de ejecución típico de sus algoritmos con cientos de cubits (entre 5 y 15 μs); por tanto, el cómputo (incluso si se inicia cuántico) se vuelve clásico antes de acabar. Por ello, muchos pensamos que D-Wave afirma que implementa SQA pero en realidad implementa SCA.

El gran problema al que se enfrenta D-Wave es que no hay metodología estándar para verificar si un ordenador es cuántico cuando el número de cubits supera la decena. Como sólo sabemos verificar pocos cubits, una posibilidad es seleccionar de forma aleatoria subconjuntos de cubits de la máquina y verificar que se comportan de forma coherente durante el cálculo. La idea es buena, aunque se requiere mucha investigación básica para que se convierta en algo práctico. Nos proponen esta idea Alexandre M. Zagoskin et al., «How to test the «quantumness» of a quantum computer?,» arXiv:1401.2870 [quant-ph] 13 Jan 2014.

Otra posibilidad es verificar el speedup (ganancia en velocidad) del algoritmo cuántico (SQA) respecto al clásico (SCA) al resolver el mismo problema. Un problema al que se enfrenta D-Wave es que su máquina es lenta comparada con un ordenador convencional, por lo que mientras el número de cubits de su máquina sea pequeño (unos cientos de cubits), los algoritmos clásicos en un ordenador convencional serán más rápidos que su máquina. D-Wave necesita una máquina con decenas de miles de cubits (el porcentaje de cubits útiles se reduce conforme crece su número) para poder demostrar un speedup superior a la unidad respecto a un ordenador de sobremesa. ¿Cuándo D-Wave anunciará una máquina así? Quizás en un lustro.

Otro problema para D-Wave es que conforme el número de cubits crece, el tiempo de cómputo del algoritmo también crece, con lo que el efecto de la decoherencia se hace más relevante. Hay dos maneras de luchar contra este problema, o bien se buscan algoritmos SQA más eficientes y más rápidos, o bien se mejora la tecnología de los cubits superconductores. D-Wave ha emprendido el primer camino y quizás ha cometido un error. Como muestra la figura de arriba, con el algoritmo de recocido cuántico estándar es imposible que la máquina de D-Wave alguna vez supere en rapidez a un ordenador convencional. Nos lo cuentan Troels F. Rønnow et al., «Defining and detecting quantum speedup,» arXiv:1401.2910 [quant-ph] 13 Jan 2014.

Por supuesto, pensaréis que soy muy pesimista. Espero equivocarme, pero se requieren cambios muy importantes en el diseño de las máquinas de D-Wave si su objetivo es superar algún día el poder computacional de los ordenadores clásicos actuales. Como siempre, debemos recordar que la imaginación no tiene límites y que todos deseamos que el siglo XXI sea el de los ordenadores cuánticos.

Para los interesados en la computación cuántica les recomiendo el curso de Scott Aaronson (MIT) «Quantum Complexity and Quantum Optics» que está disponible en youtube (lista de vídeos). Para los que prefieren un resumen breve del contenido, les recomiendo leer Lecture 1: The Extended Church-Turing Thesis, Lecture 2: Classical and Quantum Complexity Theory, Lecture 3: Linear Optics and Exact BosonSampling, Lecture 4: KLM, Postselection, and Approximate BosonSampling y Lecture 5:  Scalability and Verification of BosonSampling Devices.