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La computadora cuántica finalmente demuestra que es más rápida que una PC convencional, pero solo

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Un científico informático del Amherst College ha realizado la primera prueba de velocidad cara a cara entre una computadora convencional y una cuántica, y le alegrará saber que ganó la computadora cuántica. Pero solo, y contra una computadora convencional que es 6.000 veces más barata.

La computadora cuántica que se estaba probando fue la D-Wave Two, que contiene 439 bits cuánticos (qubits). Desde que D-Wave lanzó la primera computadora cuántica comercial en 2011, la D-Wave One de 128 qubits y $ 10 millones, la compañía se ha enfrentado a muchas críticas de físicos cuánticos e informáticos, que afirman que los qubits de D-Wave no son t realmente cuántico. Durante el último año, gracias a estudios revisados ​​por pares que han explorado el funcionamiento interno de D-Wave One, esta crítica se ha desvanecido.

Este nuevo estudio, de Catherine McGeoch del Amherst College, confirma de alguna manera la cuántica de la D-Wave Two, pero al mismo tiempo, su investigación muestra que la D-Wave Two no se parece en nada a las computadoras cuánticas reales de propósito general que existen. debería revolucionar el mundo en el que vivimos. Las computadoras cuánticas de D-Wave utilizan el recocido cuántico (un tipo de computación cuántica adiabática) para resolver problemas de optimización, y realmente, solamente problemas de optimización. Sin embargo, una verdadera computadora cuántica debería utilizar el entrelazamiento cuántico.

El sistema de enfriamiento criogénico del D-Wave Two.  Hay un chip qubit ahí, en alguna parte.

El sistema de enfriamiento criogénico del D-Wave Two. Hay un chip qubit ahí, en alguna parte.

Como probablemente sepa, el entrelazamiento cuántico es increíblemente delicado. El estado actual de la técnica no nos permite aprovechar más de uno o dos qubits entrelazados durante unos pocos microsegundos. Sin embargo, el recocido cuántico se puede realizar con qubits mucho más ruidosos y de menor calidad, por lo que D-Wave ha logrado producir un sistema de 439 qubits que funciona fuera del laboratorio, en un entorno de oficina normal. Sin embargo, los chips qubit de D-Wave aún deben enfriarse a casi cero absoluto (0.02K, -273.13C), y los qubits (bucles de niobio) siguen siendo tan volubles (afectados por la radiación electromagnética externa) que cada cálculo es realizado 1.000 veces para garantizar su precisión. A pesar de todo esto, todavía no hay garantía de que la solución final sea óptima (pero generalmente lo es).

Para realizar la prueba de velocidad de computadora cuántica frente a la convencional, se llevaron a cabo tres problemas de optimización NP-hard en una variedad de sistemas: un sistema D-Wave Two que contiene un chip Vesuvius 5 (439 qubits), Blackbox (un híbrido Vesuvius 5 / software ) y tres solucionadores de software (CPLEX, METSlib Tabu, Akmaxsat) que se ejecutan en una CPU Intel Xeon E5-2690 (bajo Ubuntu Linux 12.04). El mejor ejemplo de optimización NP-hard es el problema del viajante de comercio, en el que debe idear la ruta más corta entre un número determinado de destinos. Dicha optimización es computacionalmente muy difícil, pero se teoriza que las computadoras cuánticas deberían poder resolver estos problemas mucho más rápido.

Computadora cuántica D-Wave

Los resultados mostraron que, donde los problemas NP-hard podrían ejecutarse directamente en el hardware, el sistema D-Wave es alrededor de 4.000 veces más rápido. Cuando se tuvo que usar Blackbox, para dividir los problemas en trozos que el Vesubio pueda entender, el rendimiento empató o mejoró a los solucionadores de software. El estudio también probó brevemente el chip más nuevo de D-Wave, el Vesuvius 6, y descubrió que sería alrededor de 10.000 veces más rápido que los solucionadores de software.

Sin embargo, estos resultados probablemente planteen más preguntas de las que responden. Todavía no estamos del todo seguros de cómo funcionan realmente los chips de D-Wave, por lo que no tenemos idea de si los estamos usando de manera óptima. Tampoco sabemos cómo se comparan los chips D-Wave con los solucionadores de software que utilizan el recocido cuántico simulado altamente optimizado; es posible que el software sea tan rápido como el hardware. Finalmente, debemos recordar que el software se estaba ejecutando en una estación de trabajo de ~ $ 1500, mientras que la D-Wave Two, que fue comprada recientemente por Lockheed Martin, tiene un precio en algún lugar en el rango de $ 10 + millones (6666 veces más caro). Podrías construir una supercomputadora de clase petaflop por $ 10 millones, y no solo sería más rápido que la D-Wave Two en NP-problemas difíciles, ¡sino que también podrías ejecutar software normal en ella!

Para obtener más información sobre la metodología de prueba y algunos antecedentes (en su mayoría) legibles por humanos sobre lo que realmente es el recocido cuántico, consulte el artículo de investigación de McGeoch. [PDF]. McGeoch presentará «Evaluación experimental de un sistema cuántico adiabiótico para la optimización combinatoria» en la Conferencia Internacional de la Asociación de Maquinaria de Computación (ACM) sobre fronteras de la computación la próxima semana, en Italia.

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