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Una hoja de ruta de computación cuántica para resolver desafíos científicos

Una hoja de ruta de computacion cuantica para resolver desafiosEl director de investigación de IBM, Dario Gil, ofrece una introducción a la computación cuántica en CES 2023.
Imagen: IBM

Aunque la computación cuántica aún está en pañales, IBM y sus socios instan encarecidamente a las organizaciones a comenzar a hablar sobre los problemas que tienen que la tecnología cuántica puede resolver y considerar invertir en la tecnología ahora.

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La industria, las universidades y los gobiernos de todo el mundo ya están realizando importantes investigaciones científicas sobre aplicaciones prácticas de computación cuántica, según contribuyen científicos de IBM, la Universidad de Maastricht, el CERN y la startup cuántica Qu & Co. , durante una mesa redonda virtual patrocinada por IBM el jueves.

Los ponentes analizaron en profundidad su trabajo de investigación y el panorama actual de la computación cuántica. También hablaron sobre desafíos científicos como la investigación en química cuántica aplicada de Qu & Co., la colaboración entre IBM, la Universidad de Maastricht y el CERN para abordar las necesidades informáticas del futuro Telescopio Einstein, y el detector LHCb del Gran Colisionador de Hadrones de Alta Luminosidad del CERN.

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Quantum está ingresando a la corriente principal del mundo de la computación porque «las computadoras poderosas no son suficientes hoy en día», dice Heike Riel, miembro de IBM y directora de IBM Quantum Europe and Africa Research.

La computación cuántica puede ayudar a resolver algunos de los mayores problemas del mundo, incluida la I+D agrícola (alimentar a las personas), el cambio climático (lidiar con el problema del CO2), el transporte (desarrollar cero emisiones) y la atención médica (comprender ciertas enfermedades y encontrar los tratamientos adecuados), Riel dicho.

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Las computadoras convencionales no pueden hacer las simulaciones necesarias para resolver estos problemas, dijo. Las computadoras cuánticas, que usan qubits y realizan cálculos basados ​​en la física cuántica, son necesarias para resolver el desafío, dijo Riel.

el camino por delante

La hoja de ruta cuántica de IBM ha pasado de un chip de 27 qubits en 2023 a un chip de 65 qubits en 2023. El objetivo del próximo año es romper la barrera de los 100 cuánticos y demostrar un chip de 127 llamado Eagle, dijo Riel. Para 2023, dijo, la expectativa es de 433 qubits y un chip llamado Osprey, con componentes y niveles de integración cada vez más pequeños.

Para finales de 2023, el objetivo es romper la barrera de los 1.000 qubits para permitir más aplicaciones y «llevarnos por el camino de 1 millón de qubits, lo que requerirá una nueva infraestructura y corrección de errores cuánticos», dijo Riel.

Gideon Koekoek, profesor asistente en la Universidad de Maastricht, dijo que el desafío de su cooperación con IBM es cómo acelerar la búsqueda de las ondas gravitacionales correctas para procesar la enorme cantidad de datos en el próximo telescopio Einstein, «En teoría, esto permitirá que es posible explorar el universo desde el Big Bang», dijo la universidad. «Vamos a tener más datos de los que podemos escalar usando técnicas tradicionales», dijo Koekoek.

Almacenar los datos no es un problema, filtrarlos lleva mucho tiempo, agregó.

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Benno Broer, fundador y director ejecutivo de Qu & Co., con sede en los Países Bajos, dijo que la compañía está trabajando en el desarrollo de nuevos algoritmos cuánticos y software cuántico para aplicaciones químicas y de ciencias de la vida.

Las simulaciones son necesarias para los «físicos de alta energía que estudian los misterios del universo» y son muy intensivas desde el punto de vista computacional, dijo el miembro del equipo Alberto Di Meglio, jefe del Laboratorio Abierto del CERN.

Las computadoras cuánticas podrían ayudar a acelerar el proceso y extraer información de los datos «de una manera en que el hardware convencional llevaría mucho tiempo», dijo Di Meglio.Simular ciertos tipos de mecánica cuántica es donde «vamos a ver la famosa ventaja cuántica. No importa cuánto hardware le eches al hardware clásico, no lo resolverá». [those] desafío. Esta es una frontera completamente nueva en la comprensión física de cómo funciona el universo. »

Uno de los objetivos finales, dijo Riel, es la necesidad de una corrección integral de errores cuánticos, lo que requerirá computadoras cuánticas aún más grandes. También está en desarrollo «Cómo corregir Qubits ruidosos».

Aunque los procesadores cuánticos de hoy no están listos para proporcionar una ventaja cuántica, «eso no significa que no puedas hacer cosas valiosas hoy», dijo Broer. «Hoy, el campo está bien preparado para que los clientes desarrollen software que resuelva problemas complejos e intratables. Comienza con las matemáticas».

La mayoría de los clientes de Qu & Co. están «convencidos de que realmente necesitan darse prisa, no pueden esperar hasta que se desarrolle la tecnología», porque la tecnología cuántica requiere una forma completamente nueva de pensar sobre la resolución de problemas, agregó Broer.

Por el lado de la seguridad, dijo Riel, se ha hablado de encriptación de craqueo cuántico. Se están estudiando nuevos estándares para probar datos cifrados, dijo. «No creo que sea un alto riesgo en este momento».

lo que la organización debe hacer

Para prepararse para la tecnología cuántica, dijo Broer, las organizaciones deben investigar los problemas a los que quieren aplicar la tecnología. «Lo que se ve a menudo es que las empresas identifican primero los casos de uso más relevantes… intentan usar soluciones de tipo HPC que se quedan cortas o no se esperan».

La segunda acción, sugiere, es lograr que las personas comiencen a compartir su conocimiento del dominio. «Mantenga la conversación, porque si no compartimos la experiencia del dominio con las personas que podrían resolver el problema [a problem] Con cuántica, las soluciones nunca se desarrollan. »

Debido a que desarrollar estos métodos lleva tiempo, la gente también debería colaborar en proyectos cuánticos y probarlos en nuevo hardware, dijo.

También es importante que las organizaciones eduquen a sus empleados «para usar soluciones cuánticas al nivel más bajo» que eventualmente estarán disponibles para que puedan ayudar a avanzar en el campo, dijo Boer.

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Pero Di Meglio advierte: «El hecho de que alguien entienda física no significa que pueda usar la tecnología cuántica». El CERN aborda este problema ofreciendo una clase introductoria semanal sobre computadoras cuánticas. “Para nuestra sorpresa, casi 2000 personas de todo el mundo asistieron después de la primera conferencia”, señaló.

Di Meglio dijo que hay muchos recursos disponibles para aprender sobre cuántica y lo que puede hacer. «Requerirá algo de atención e inversión, pero realmente revolucionará la forma en que usamos la informática en los próximos 5 a 10 años. Vale la pena la inversión».

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