Onda D
Antes de que desarrolláramos el primer qubit, los teóricos habían realizado el trabajo que mostraba que una computadora cuántica basada en puertas lo suficientemente potente podría realizar cálculos que no se podrían realizar de manera realista en el hardware informático tradicional. Todo lo que se necesita es construir hardware capaz de implementar el trabajo de los teóricos.
La situación se invirtió esencialmente en lo que respecta al recocido cuántico. D-Wave comenzó a construir hardware que pudiera realizar el recocido cuántico sin una sólida comprensión teórica de cómo se compararía su rendimiento con el hardware informático estándar. Y, para cálculos prácticos, el hardware a veces ha sido superado por algoritmos más tradicionales.
El miércoles, sin embargo, un equipo de investigadores, algunos en D-Wave, otros en instituciones académicas, publicará un artículo que compara su recocido cuántico con diferentes métodos para simular su comportamiento. Los resultados muestran que el hardware real tiene una clara ventaja sobre las simulaciones, aunque hay dos advertencias: los errores comienzan a hacer que el hardware se desvíe del rendimiento ideal y no está claro qué tan bien se traduce esta ventaja de rendimiento en cálculos prácticos.
Sobre hielo
El hardware de D-Wave consiste en una colección de bucles de cables superconductores. La corriente puede circular a través de los bucles en cualquier dirección, y la dirección proporciona un valor de bit. Cada bucle también está conectado a varios de sus vecinos, lo que les permite influir en el comportamiento de los demás.
Cuando se configura correctamente, el sistema puede comportarse como lo que se llama un «vidrio giratorio», un sistema físico con un comportamiento complejo. Es más fácil pensar en un vaso giratorio como una rejilla de imanes, cada uno de los cuales influye en el comportamiento de sus vecinos. Cuando un imán está en una orientación determinada (como girar hacia arriba), se vuelve energéticamente más favorable para que sus vecinos tengan la orientación opuesta (girar hacia abajo). Si comienza con un sistema desordenado, un vidrio giratorio, la influencia de cada imán en sus vecinos hará que los giros cambien mientras el sistema intenta encontrar un camino hacia el estado de energía más bajo, llamado estado fundamental.
Este proceso se denomina recocido térmico y tiene algunos límites. En un vaso giratorio estándar, es posible terminar en situaciones en las que todos los caminos hacia el estado fundamental atraviesan una barrera de alta energía. Esto puede atrapar el sistema en un mínimo local en lugar de permitirle evolucionar hacia el estado fundamental.
El sistema de D-Wave, sin embargo, muestra un comportamiento cuántico. Esto le permite someterse a un túnel, donde pasa entre dos estados de baja energía sin ocupar nunca estados intermedios de alta energía. Por lo tanto, se espera que el recocido cuántico tenga un mejor rendimiento general que el recocido térmico.
El comportamiento de los vidrios giratorios se ha estudiado por separado del hardware de D-Wave porque se pueden usar para modelar una variedad de procesos físicos. Pero el negocio de la compañía se basa en el hecho de que es posible mapear una variedad de problemas de optimización en el comportamiento de un vaso giratorio. En estos casos, hacer que el vidrio giratorio encuentre su estado fundamental es el equivalente matemático de encontrar la solución óptima a un problema.
Pero nuevamente, nos falta la comprensión teórica de si es posible obtener estas soluciones de alguna otra manera que sea más rápida o más eficiente.