Demostración conjunta de IBM y Algorithmiq en el campo de la computación cuántica
La veterana multinacional tecnológica IBM ha estado trabajando recientemente en tres demostraciones dentro del ámbito de las tecnologías cuánticas, colaborando con la Universidad de Chicago, Qedma y Algorithmiq, de las que en esta publicación nos centramos en la tercera.
La compañía de programación de ordenadores cuánticos Algorithmiq ha anunciado junto a IBM un hito importante en el desarrollo de la computación cuántica: una demostración conjunta de la ventaja cuántica con la simulación de un material cuántico heterogéneo, lograda con un nuevo marco que establece la confianza en los cálculos cuánticos cuando la verificación clásica no está disponible.
Ocho meses después de que este problema y sus resultados se dieran a conocer por primera vez con el lanzamiento del Quantum Advantage Tracker, ningún método clásico ha sido capaz de producir resultados fiables en todo el rango de problemas estudiado en este trabajo. Esto demuestra que los ordenadores cuánticos pueden proporcionar soluciones fiables de manera más eficiente, más económica o con mayor precisión que cualquier método de computación clásica, lo cual desde hace tiempo se considera un hito clave en este campo.
Estudio del flujo de información en materia cuántica heterogénea
Los materiales reales, incluidos los catalizadores y los electrolitos de las baterías, no se caracterizan por tener un orden cristalino perfecto, sino por ser estructuras irregulares, interfaces y variaciones locales que influyen notablemente en cómo se mueven la información, la energía y las partículas a través del sistema. Para estudiar estos efectos, un equipo liderado por el científico sénior Sergey Filippov en la división de I+D de Algorithmiq, que está dirigida por el cofundador y director científico, Guillermo García-Pérez, ha desarrollado un modelo de materia cuántica heterogénea en el que la información se propaga a través de regiones con diferentes propiedades locales. La dinámica resultante se situó deliberadamente en un régimen que es accesible experimentalmente con el hardware cuántico actual, pero que supone un reto para las principales técnicas de simulación clásica.
Al ejecutarse en un procesador IBM Quantum Heron, el modelo transformó el ordenador cuántico en un material cuántico programable cuyos acoplamientos microscópicos podían ajustarse y reconfigurarse a voluntad, de modo que los investigadores pudieran controlar dónde fluye, se localiza o interfiere la información, tal y como ocurriría en un material real.
Resolver el problema de la confianza en la computación cuántica
Los resultados cuánticos tradicionalmente se han ganado la confianza del mismo modo: comparándolos con una simulación clásica. Para ello, el equipo de ingeniería de software de Algorithmiq colaboró con investigadores líderes mundiales en simulación clásica para explorar diferentes enfoques de simulación. Los distintos métodos clásicos arrojaron predicciones contradictorias entre sí para las mismas magnitudes. Ante la ausencia de una solución exacta, el reto no consistía solo en superar el rendimiento de los cálculos clásicos, sino también en determinar en qué resultado se podía confiar.
Para hacer frente a este reto, el equipo desarrolló un nuevo marco para la computación cuántica fiable en la era “más allá de lo clásico”, sentando las bases para el descubrimiento científico. Una elemento central de esta estrategia fue la manipulación del ruido y la construcción de un modelo representativo del ruido subyacente en el dispositivo. Los investigadores modificaron deliberadamente el ruido que afectaba a los circuitos cuánticos, entre otras cosas, mediante la inyección controlada de ruido, la modificación de las calibraciones de las puertas y la ejecución en varios procesadores IBM Quantum. Esto demostró que los resultados cuánticos se mantenían estables, lo que proporcionó pruebas de que los ordenadores cuánticos estaban generando soluciones fiables. Con modelos de ruido sometimos a pruebas exhaustivas, también demostraron una vía para la validación autónoma utilizando técnicas imparciales de mitigación de errores con incertidumbre cuantificada.
Apertura del código fuente del punto de referencia
Algorithmiq también lanza monoprop , que pone a disposición de la comunidad investigadora en general su mejor método clásico para simular estados fundamentales moleculares; las mismas técnicas que ha utilizado para probar y cuestionar las afirmaciones sobre la ventaja cuántica, incluidas las suyas propias. El paquete está diseñado para permitir que cualquier grupo de investigación, ya sea cuántico o clásico, ponga a prueba las afirmaciones sobre futuras ventajas en lugar de aceptarlas sin más.
Sabrina Maniscalco, cofundadora y CEO de Algorithmiq: “Para una tecnología exponencial como la computación cuántica, un caso verificado y abierto a debate es el punto de inflexión: la prueba de que la curva es real, no una proyección. Demostrar la ventaja cuántica es un proceso continuo, no un momento aislado, pero creemos que estos resultados representan la afirmación más sólida publicada hasta la fecha y que acabarán considerándose un hito importante en la evolución de la computación cuántica".
Matteo Rossi, cofundador y CTO de Algorithmiq: “Esta colaboración con IBM ha materializado una idea propuesta por primera vez por Richard Feynman en 1982. Al simular la materia cuántica mediante un procesador cuántico digital construido a partir de los mismos principios físicos, podemos ofrecer a los investigadores un modelo ajustable y físicamente interesante, abierto a cualquiera que quiera intentar refutarlo de forma clásica. Se trata de un caso de prueba exigente, y ha resistido un escrutinio público durante ocho meses y sigue vigente".
Jay Gambetta, director de IBM Research y IBM Fellow: “Los ordenadores cuánticos han llegado a un punto en el que pueden cumplir con los criterios fundamentales para obtener una ventaja cuántica: son capaces de superar a los principales métodos clásicos y, al mismo tiempo, producir resultados en los que podemos confiar plenamente. Espero que la comunidad continúe comparando estos resultados en el Quantum Advantage Tracker y que se avance hacia márgenes de error rigurosos para los métodos cuánticos. Se trata de un hito fundamental para el futuro de los ordenadores cuánticos, ya que buscamos escalar mucho más allá de lo que jamás podría ser posible solo con las computadoras clásicas, y explorar nuevos ámbitos de la física, los materiales, las ciencias de la vida y mucho más".
Desarrollos junto a la Universidad de Chicago y Qedma
IBM y la Universidad de Chicago completaron en menos de 15 minutos un cálculo con 70 cúbits lógicos que exigiría tiempos inviables incluso para los superordenadores más potentes. El nuevo método permite además detectar errores y verificar la fidelidad del resultado.
IBM y Qedma utilizaron software de mitigación de errores para estudiar la dinámica de materiales cuánticos con hasta 74 cúbits, alcanzando una escala en la que distintos métodos clásicos, incluido el superordenador Fugaku, dejaron de ofrecer respuestas consistentes.
