Un equipo de expertos en computación cuántica en los EE.UU. y Suiza han publicado un artículo en Science que arroja dudas sobre la capacidad del procesador cuántico D-Wave Two para realizar ciertas tareas computacionales. El documento, que apareció por primera vez como una pre-impresión a principios de este año, llega a la conclusión de que el procesador —construido por la controversial empresa canadiense D-Wave Systems— no ofrece ninguna ventaja sobre un ordenador convencional cuando se usa para resolver un problema de comparación de computadoras
Mientras que los investigadores dicen que sus resultados no descartan la posibilidad de que el procesador puede superar a los ordenadores convencionales en la resolución de otras clases de problemas, su trabajo indica que la evaluación del desempeño de una computadora cuántica podría ser una tarea mucho más difícil que lo que se pensaba. D-Wave respondió diciendo que se utilizó un problema de comparación incorrecto para evaluar a su procesador, mientras que el equipo de Estados Unidos y Suiza tiene ahora la intención de hacer más experimentos utilizando diferentes comparaciones.
Ideas cuánticas
D-Wave Two es parte de la segunda generación de procesadores cuánticos comercializados por D-Wave Systems, y existen dispositivos propiedad de la NASA, Google y la Asociación de Universidades de Investigación Espacial. La compañía también ha vendido un sistema —afirmando ser la primera computadora cuántica disponible en el mercado mundial— a Lockheed Martin. Las pruebas sobre el D-Wave Two fueron realizadas por Matthias Troyer y sus colegas en la ETH Zurich, la Universidad del Sur de California (USC), la Universidad de California en Santa Barbara, Google y Microsoft.
El procesador D-Wave Two contiene 512 bits cuánticos (qubits), y fue diseñado específicamente para llevar a cabo un proceso llamado «de recocido cuántico«, que es una técnica para encontrar el mínimo global de una función matemática complicada. A diferencia de los ordenadores cuánticos «convencionales» —que se mantienen en un estado cuántico frágil a lo largo del cálculo— el recocido cuántico consiste en hacer una transición de un cuanto al sistema clásico. Como resultado, el enfoque de D-Wave podría ser más inmune al ruido, lo cual puede destruir los cálculos cuánticos convencionales. Sin embargo, un procesador de recocido cuántico no es un ordenador universal como un PC y no puede ser programado para realizar una serie de tareas.
Cálculo endemoniadamente difícil
El equipo de Troyer probó el procesador al usarlo para resolver una tarea particularmente difícil de la física de la materia condensada que involucra «vidrios de espín de Ising«. Un vidrio de espín es un material magnético en el que los momentos magnéticos individuales —o giros— interactúan unos con otros y están ubicados al azar por todo el material. Esto es diferente de los modelos convencionales de materiales magnéticos, en los que los espines están dispuestos en una retícula regular y tienden a apuntar todos a direcciones específicas. En cambio, el cristal de espín tiene una configuración de espín extremadamente complicada que es endemoniadamente difícil de calcular para un gran número de espines. «Los problemas como el del vidrio de espín de Ising son el problema «nativo» para el que la [D-Wave Two] está diseñada» explicó Troyer.
Para evaluar el desempeño de la D-Wave Two, el equipo midió el tiempo que tomó el procesador para resolver un problema de vidrio de espín de Ising y lo comparó con el tiempo que le lleva a un ordenador convencional, clásico. Se espera que esta relación, conocida como la «aceleración cuántica», debe ser de alrededor de uno en los pequeños problemas —es decir, los dispositivos clásicos pueden hacer el trabajo igual de bien— pero debe crecer en tamaño cuando el problema se hace más grande. En su prueba, el equipo llevó a cabo una gran cantidad de simulaciones cuánticas y clásicas en diferentes vidrios de espín, en los que se variaron sistemáticamente la cantidad de espines y fuerzas de interacción.
No se encontró aceleración
Los resultados, sin embargo, no muestran una clara evidencia de aceleración. Si bien el procesador de D-Wave Two a veces fue 10 veces más rápido que el ordenador clásico, también a veces fue más de 100 veces más lento. Troyer y sus colegas presentaron varias explicaciones posibles de por qué no se observó aceleración. Una de ellas es que, aunque D-Wave Two funcione como un procesador cuántico, el recocido cuántico no ofrece ninguna ventaja sobre los métodos clásicos. Otra posibilidad es que el ruido, u otros problemas operativos, signifiquen que el dispositivo no está funcionando como un procesador cuántico.
Una tercera e intrigante perspectiva planteada por Troyer y sus colegas es que la aceleración podría observarse cuando D-Wave Two se utilice para resolver otros tipos de problemas, aunque no se observó en la prueba actual. De hecho, la propia D-Wave afirma que la investigación realizada por un equipo dirigido por Helmut Katzgraber en Texas A&M University sugiere que los problemas de vidrio de espín Ising no se pueden resolver más rápido usando el recocido cuántico. Por otra parte, Jeremy Hilton —vice-presidente de desarrollo del procesador de D-Wave— señala el trabajo más reciente realizado por Itay Hen de USC y sus colegas, que —dice— demuestra que «una nueva prueba comparativa ha demostrado un mejor rendimiento del procesador D-Wave de 512 qubit sobre el algoritmo de recocido simulado que desarrollaron Troyer et al».
Problemas más adecuados
«Katzgraber argumenta que los vidrios de espín 3D pueden ser mejores casos de prueba, que ‘podrían’ ser más adecuados», dice Troyer. «Hemos encontrado una manera de poner en práctica este tipo de problemas y los están probando ahora. Los investigadores de Google y la NASA también están buscando si hay clases de problemas en lo que puede aparecer la aceleración cuántica»
Troyer añade que la importancia fundamental de los trabajos presentados en Science es que describe un método para medir la aceleración cuántica en los dispositivos con potencial desconocido, tales como los dispositivos de D-Wave. Con físicos de todo el mundo centrados en la fabricación de procesadores cuánticos más grandes y complejos, estas técnicas de medición serán cada vez más importante.
Fuente: Physics World. Aportado por Eduardo J. Carletti
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