La supremacía del ordenador cuántico está más lejos de lo pensado

Los ordenadores cuánticos, en cuyo desarrollo compiten científicos e ingenieros de todo el mundo, necesitan ser aún más potentes de lo pensado antes de poder vencer a los PC convencionales.

Los ordenadores cuánticos son un nuevo tipo de máquina que funciona con hardware mecánico cuántico y se prevé que proporcionarán enormes ventajas de velocidad para resolver ciertos problemas.

Grupos de investigación de las principales universidades y empresas, como Google, Microsoft e IBM, forman parte de una carrera mundial para realizar la primera computadora cuántica que cruza la "singularidad cuántica computacional".

Esto representa que un problema tan complejo que al superordenador de hoy le llevaría siglos en solucionar, un ordenador cuántico podría resolverlo en cuestión de minutos.

Ahora, un equipo de científicos de la Universidad de Bristol ha descubierto que el límite a esta singularidad está más lejos de lo que se pensaba anteriormente. La investigación se publica esta semana en 'Nature Physics'.

Los resultados se aplican a un algoritmo cuántico muy influyente conocido como "muestreo de bosones", que fue concebido como una ruta muy directa para demostrar la supremacía de la computación cuántica sobre las máquinas clásicas.

El problema de muestreo del bosón está diseñado para ser resuelto por fotones (partículas de luz) controlados en chips ópticos - tecnología iniciada por los Laboratorios de Ingeniería y Tecnología Cuántica de Bristol (QETLabs).

Predecir el patrón de muchos fotones que emergen de un chip óptico grande se relaciona con un cálculo de matriz aleatoria extremadamente fuerte.

Con el rápido progreso en las tecnologías cuánticas, parecía como si un experimento de muestreo del bosón que cruzaba en la singularidad computacional cuántica estuviera al alcance. Sin embargo, el equipo de Bristol fue capaz de rediseñar un viejo algoritmo clásico para simular el muestreo de bosones, con consecuencias dramáticas.

El Dr. Anthony Laing, que dirige un grupo en QETLabs y dirigió esta investigación, dijo: "Es como afinar un viejo avión de hélice para ir más rápido que un avión de reacción primario".

"Estamos en un momento de la historia donde todavía es posible que los algoritmos clásicos superen a los algoritmos cuánticos que esperamos que sean finalmente supersónicos. Pero demostrar tal hazaña significó reunir a un equipo de científicos, matemáticos y programadores".

El experto en algoritmos clásicos Dr Raphaël Clifford, del Departamento de Ciencias de la Computación de Bristol, rediseñó varios algoritmos clásicos para atacar el problema de muestreo del bosón, con el algoritmo de Muestreo de Independencia Metropolizada de los años 50 dando el mejor rendimiento.

El código de simulación fue optimizado por el investigador de QETLabs 'EJ', un ex programador de LucasArts. El conocimiento experto en complejidad computacional vino de Ashley Montanaro, de la Escuela de Matemáticas de Bristol, mientras que los estudiantes de QETLabs Chris Sparrow y Patrick Birchall elaboraron el rendimiento proyectado de la tecnología de la fotónica cuántica.

En el corazón del proyecto y reuniendo todas estas líneas estaba el estudiante de doctorado de QETLabs y primer autor del estudio, Alex Neville, que probó, implementó, comparó y analizó todos los algoritmos.

"El mayor experimento de muestreo de bosones informado hasta ahora es de cinco fotones, dijo. "Se creía que 30 o incluso 20 fotones serían suficientes para demostrar la supremacía computacional cuántica".

Sin embargo, fue capaz de simular el muestreo de bosones para 20 fotones en su propio ordenador portátil, y aumentó el tamaño de la simulación a 30 fotones utilizando servidores departamentales.
Neville añadió: "Con acceso al superordenador más poderoso de hoy, podríamos simular el muestreo de bosones con 50 fotones".