Por qué acuñé el término "supremacía cuántica"


Un artículo reciente del laboratorio de computación cuántica de Google anunció que la compañía había alcanzado la supremacía cuántica. Todos han estado hablando de eso, pero ¿qué significa todo esto?

En 2012, propuse el término "supremacía cuántica" para describir el punto donde las computadoras cuánticas pueden hacer cosas que las computadoras clásicas no pueden hacer, independientemente de si esas tareas son útiles. Con ese nuevo término, quería enfatizar que este es un momento privilegiado en la historia de nuestro planeta, cuando las tecnologías de la información basadas en los principios de la física cuántica están en ascenso.

Historia original reimpresa con permiso de Quanta Magazine, una publicación editorialmente independiente de la Fundación Simons, cuya misión es mejorar la comprensión pública de la ciencia cubriendo los desarrollos de investigación y las tendencias en matemáticas y ciencias físicas y biológicas.

Las palabras "supremacía cuántica", si no es el concepto, demostraron ser controvertidas por dos razones. Una es que la supremacía, a través de su asociación con la supremacía blanca, evoca una postura política repugnante. La otra razón es que la palabra exacerba los informes ya sobrevalorados sobre el estado de la tecnología cuántica. Anticipé la segunda objeción pero no pude prever la primera. En cualquier caso, el término se hizo popular, y el equipo de Google AI Quantum lo adoptó con especial entusiasmo.

Pensé, pero rechacé varias otras posibilidades, decidiendo que la supremacía cuántica capturaba mejor el punto que quería transmitir. Una alternativa es la "ventaja cuántica", que ahora también se usa ampliamente. Pero para mí, "ventaja" carece del golpe de "supremacía". En una carrera, un caballo tiene una ventaja si gana por la nariz. En contraste, la velocidad de una computadora cuántica excede ampliamente la de las computadoras clásicas, para ciertas tareas. Al menos, eso es cierto en principio.

El reciente artículo de Google ilustra el punto. Utilizaron un dispositivo con 53 qubits (los análogos cuánticos de los bits de una computadora clásica), e informan que tomó solo unos minutos realizar cálculos cuánticos que tomarían miles de años a las supercomputadoras más potentes de la actualidad. Suponiendo que sea cierto, este es un logro notable en física experimental y un testimonio del rápido ritmo de progreso en hardware de computación cuántica; Felicito sinceramente a todos los involucrados.

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El problema, como reconoce el equipo de Google, es que el problema que resolvió su máquina con una velocidad asombrosa se eligió cuidadosamente con el único fin de demostrar la superioridad de la computadora cuántica. Por lo demás, no es un problema de mucho interés práctico. En resumen, la computadora cuántica ejecutó una secuencia de instrucciones elegida al azar, y luego se midieron todos los qubits para producir una cadena de bits de salida. Este cálculo cuántico tiene muy poca estructura, lo que hace que sea más difícil para la computadora clásica mantenerse al día, pero también significa que la respuesta no es muy informativa.

Sin embargo, la demostración sigue siendo significativa. Al verificar que la salida de su computadora cuántica concuerda con la salida de una supercomputadora clásica (en los casos en que no toma miles de años), el equipo ha verificado que entienden su dispositivo y que funciona como debería. Ahora que sabemos que el hardware está funcionando, podemos comenzar la búsqueda de aplicaciones más útiles.

¿Por qué es tan importante verificar el rendimiento del hardware? Es porque controlar con precisión una computadora cuántica es notoriamente difícil. En cierto sentido, simplemente mirar un sistema cuántico lo perturba inevitablemente, una manifestación del famoso principio de incertidumbre de Heisenberg. Por lo tanto, si queremos usar un sistema de este tipo para almacenar y procesar información de manera confiable, debemos mantener ese sistema casi perfectamente aislado del mundo exterior. Al mismo tiempo, sin embargo, queremos que los qubits interactúen entre sí para poder procesar la información; También necesitamos controlar el sistema desde el exterior y eventualmente medir los qubits para conocer los resultados de nuestros cálculos. Es bastante difícil construir un sistema cuántico que satisfaga todos estos deseos, y ha llevado muchos años de progreso en materiales, fabricación, diseño y control para llegar a donde estamos ahora.

El hito de la supremacía cuántica supuestamente alcanzado por Google es un paso fundamental en la búsqueda de computadoras cuánticas prácticas. Pensé que sería útil tener una palabra para la era que ahora está amaneciendo, así que recientemente inventé una: NISQ. (Rima con riesgo). Esto significa "ruido cuántico de escala intermedia". Aquí "escala intermedia" se refiere al tamaño de las computadoras cuánticas que ahora están disponibles: potencialmente lo suficientemente grande como para realizar ciertas tareas altamente especializadas fuera del alcance de Las supercomputadoras de hoy. "Ruidoso" enfatiza que tenemos un control imperfecto sobre los qubits, lo que resulta en pequeños errores que se acumulan con el tiempo; Si intentamos un cálculo demasiado largo, no es probable que obtengamos la respuesta correcta.