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Google afirma formalmente haber alcanzado la supremacía cuántica

El mes pasado, el mundo de la computación cuántica se iluminó con la noticia de que Google podría haber alcanzado la supremacía cuántica. Una versión preliminar de un documento apareció en el sitio web de la NASA afirmando esto, pero fue rápidamente desconectado. Ahora, la versión final del mismo documento se ha ejecutado en Naturaleza, haciendo un reclamo formal de lo que anteriormente había sido implicado por la rápida aparición y desaparición del borrador. Google argumenta que ha logrado la llamada supremacía cuántica al demostrar una computadora cuántica capaz de resolver un problema que ninguna computadora clásica podría calcular en un período de tiempo razonable.

¿Es este el momento en que la supremacía cuántica se logra absolutamente sin lugar a dudas? Según IBM, No. Esto es lo que está pasando.

Alcanzar la supremacía cuántica

Para lograr la supremacía cuántica, Google necesita demostrar que una computadora cuántica ha realizado una serie de operaciones a velocidades que las computadoras clásicas son literalmente incapaces de lograr. Hay problemas que una computadora clásica moderna no pudo terminar de resolver usando los métodos más conocidos de hoy en día antes de la muerte térmica del universo.

Sin embargo, los científicos tienen una tendencia molesta a encontrar formas más rápidas de calcular las cargas de trabajo mejorando los algoritmos subyacentes que se utilizan para hacerlo. Escribir algoritmos de máxima eficiencia es un tema increíblemente complejo, que abarca todo, desde las capacidades de la plataforma de hardware hasta el lenguaje y el compilador utilizados para generar el código subyacente. Encontrar nuevos atajos y métodos más eficientes para resolver problemas es una de las principales formas en que hemos mejorado la velocidad de análisis de datos complejos en la computación clásica HPC, además del impacto de la Ley de Moore y otras mejoras de hardware.

Hace solo unos días, antes de que el artículo de Google se publicara formalmente en Naturaleza, IBM publicó un documento afirmando que hay una manera de ejecutar la carga de trabajo elegida por Google en una máquina clásica. Google afirma que han logrado la supremacía cuántica porque el “procesador Sycamore de la compañía tarda unos 200 segundos en muestrear una instancia de un circuito cuántico un millón de veces; nuestros puntos de referencia actualmente indican que la tarea equivalente para una supercomputadora clásica de última generación tomaría aproximadamente 10,000 años “.

google-bristlecone

Un chip cuántico anterior de Google, Bristlecone.

Y aquí está IBM:

Como argumentamos en ese documento, el almacenamiento secundario puede extender el alcance computacional de las supercomputadoras para la simulación de circuitos cuánticos … Estimamos que en la supercomputadora Summit en Oak Ridge National Laboratories, el almacenamiento secundario permite la simulación de circuitos Sycamore de 53 y 54 qubit. con alta fidelidad a profundidad arbitraria … En particular, para 20 ciclos del patrón de entrelazamiento ABCDCDAB, que está diseñado específicamente para desafiar los algoritmos de simulación clásicos, estimamos que los cálculos tomarían aproximadamente dos días y medio.

Google dice que logró la supremacía cuántica al realizar un cálculo que no se puede realizar en un sistema clásico en un período de tiempo razonable. IBM está intentando poner en cortocircuito la capacidad de Google para reclamar la corona de supremacía cuántica argumentando que no, Google no lo hizo. Realmente lograr la supremacía cuántica porque IBM estima que podría extender una supercomputadora de formas particulares que le permitieron completar el mismo cálculo en 2,5 días.

Esta es una refutación débil por parte de IBM. Por un lado, Google está describiendo algo que tiene hecho, mientras que IBM está describiendo algo que ha teorizado que podría hacerse. Por otro lado, levantar una computadora cuántica y decir “Hemos encontrado una manera de realizar una tarea mucho más rápido que una computadora clásica hoy”, sigue siendo relevante para el alcance más amplio de la investigación y la mejora cuántica. Si el trabajo que se está realizando en la computación cuántica estimula el trabajo que conduce a algoritmos de computación clásica más eficientes, eso es beneficioso para todos en lo que respecta al desarrollo de software.

Puede ser más fácil comprender la relación entre la computación cuántica y clásica al referirse a los primeros días de la computación digital. Si bien las computadoras digitales eventualmente superaron a las analógicas, las primeras máquinas digitales fueron sistemas electromecánicos basados ​​en relés que eran mucho más lentos que las computadoras analógicas de la época. Hubo algunos híbridos de computadoras digitales-analógicas importantes que aprovecharon las mejores características de ambos mundos antes de que las computadoras digitales se apoderaran por completo del panorama de la fabricación.

Si lo piensas desde esta perspectiva, la “supremacía digital” no fue un evento único. Las computadoras analógicas mejoraron a lo largo de las décadas que estuvieron en uso, tal como lo hicieron las computadoras digitales, y los mejores sistemas analógicos de, digamos, 1960 eran más rápidos y más capaces que la mejor computadora analógica de 1920. Las máquinas digitales mejoraron más rápido, sin embargo, y eran capaces de abordar una gama mucho más amplia de problemas. Las computadoras digitales reemplazaron a los sistemas analógicos con el tiempo.

Una distinción importante entre la computación cuántica y clásica en comparación con la digital y la analógica es que nadie espera que las computadoras cuánticas reemplacen nunca a las máquinas clásicas. Las computadoras cuánticas requieren nitrógeno líquido para funcionar y no hay forma de duplicar ese tipo de configuración de enfriamiento en una caja que pondrías debajo de tu escritorio o en un bolsillo. No estamos viendo el mismo tipo de ciclo de reemplazo a largo plazo, en este caso, pero deberíamos esperar que a medida que las computadoras cuánticas y clásicas continúen evolucionando, las computadoras clásicas continuarán siendo capaces de abordar pruebas que alguna vez no pudieron. calcular de manera eficiente. Las computadoras cuánticas, sin embargo, aumentarán sus capacidades en estas pruebas de una manera fundamentalmente diferente.

El experto en computación cuántica Scott Aaronson hace este punto en su blog, escritura:

Con un chip de 53 qubits, es perfectamente factible ver una aceleración en un factor de muchos millones, en un régimen en el que aún se pueden verificar directamente las salidas, y también ver que la aceleración está creciendo exponencialmente con el número de qubits, exactamente como predeciría el análisis asintótico.

En otras palabras, incluso si hay una aceleración inteligente que puede hacer que esto específico solución simulable en una computadora clásica, el rápido crecimiento en el número de qubits en una computadora cuántica universal pronto impedirá que tales soluciones funcionen en absoluto. A medida que aumenta el número de qubits disponibles, también aumenta el número de problemas que la computación cuántica puede abordar.

Entonces. Tiene Google absolutamente alcanzado la supremacía cuántica? Así parece por ahora, aunque mucha gente muy perspicaz diseccionará este artículo en los próximos días y semanas. Pero mientras IBM intenta argumentar que no lo han hecho, no veo que muchos científicos se hagan eco de esa afirmación. Durante muchos años, hubo dudas reales sobre si era posible construir una computadora cuántica. Hoy, los investigadores están lidiando con cómo construir máquinas que puedan realizar un trabajo útil. Incluso si se retractara el artículo de Google, la cuestión de la supremacía cuántica parece ser una cuestión de “cuándo”, no “si”.

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