El concepto de "volumen cuántico" de IBM propone mover la medición del progreso en la computación cuántica más allá del simple conteo de qubits.
IBM acuñó el término "volumen cuántico" para medir el progreso en la computación cuántica, mientras que la tecnología cuántica aún está lejos de ser ideal.
Medir el progreso de las computadoras cuánticas en una era de computación cuántica "ruidosa" puede ser un desafío. Algunas empresas, en particular IBM y Honeywell, se han decidido por avances como el "volumen cuántico". Sin embargo, no todas las empresas e investigadores coinciden en la utilidad de esta medida en el mundo de la computación cuántica.
En un mundo ideal, los investigadores podrían medir el progreso de la computación cuántica en función del número de bits cuánticos (qubits) en cada una de las computadoras. Sin embargo, el ruido del movimiento térmico o las fuentes electromagnéticas amenaza constantemente con interferir destructivamente con los cálculos realizados por los frágiles qubits. Como resultado, es muy difícil evaluar de manera confiable las capacidades de las computadoras cuánticas basándose únicamente en el número total de qubits. Por lo tanto, investigadores de IBM sugirieron introducir el concepto de volumen cuántico como una medida más confiable aplicable en esta etapa de desarrollo de la tecnología aún no ideal de la computación cuántica.
“Se puede pensar en el volumen cuántico como el número promedio de circuitos en una computadora cuántica que opera en las peores condiciones”, dice Jay Gambetta , científico investigador y vicepresidente de computación cuántica en IBM. “El resultado significa que si esta condición del 'peor caso' es posible, entonces el volumen cuántico será una medida de la calidad de los circuitos. Cuanto mayor sea la calidad, los circuitos más complejos pueden funcionar en las computadoras cuánticas ".
Más específicamente, el equipo de IBM define el volumen cuántico como dos a la potencia correspondiente al tamaño de la cadena más grande con el mismo ancho y profundidad, capaz de pasar ciertas pruebas de confiabilidad. Los ensayos validan pasarelas aleatorias de dos qubit, dice Daniel Lidar, director del Centro de Ciencia y Tecnología de la Información Cuántica de la Universidad del Sur de California en Los Ángeles. El tamaño de la cadena se determina por el ancho, según el número de qubits, o por la profundidad, según el número de bloqueos. En este caso, el ancho y la profundidad son cuantitativamente iguales.
Esto significa que un sistema de computación cuántica de 6 qubits tendrá un volumen cuántico igual a 2 elevado a la potencia de 6, o 64, pero solo si sus qubits dependen relativamente poco del ruido, sin dar errores asociados. Por lo tanto, para determinar el volumen cuántico, es importante la elección de una prueba de confiabilidad específica.
Lidar, que no estaba involucrado con el concepto de volumen cuántico, lo considera una medida útil para las computadoras cuánticas de hoy. Su tecnología se llama Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ). “Esta métrica describe perfectamente el rendimiento de las computadoras cuánticas en la era NISQ. Esta era se caracteriza por el hecho de que el ruido sigue siendo uno de los principales factores que limitan la profundidad de los circuitos que funcionan de forma fiable ".
Desde que IBM comenzó a usar activamente el término a fines de 2019, el volumen cuántico ya es bastante común en los artículos de computación cuántica y los comunicados de prensa de IBM y otras compañías, en particular Honeywell . Sin embargo, al menos un director de una empresa de tecnología ya ha expresado la idea de que pronto se agotará la utilidad del término.
En una entrevista con IonQ, sobre los últimos desarrollos en computadoras cuánticas de IonQ , Peter Chapman explicó cómo la reducción de ruido podría permitir un sistema de 32 qubits de alta precisión con un volumen cuántico de 4 millones. los investigadores tendrán que cambiar la definición para que siga siendo útil.
Sin embargo, Lidar no está de acuerdo con que el término "volumen cuántico" desaparezca rápidamente en el olvido. Señala el hecho de que el volumen cuántico crecerá tan rápidamente solo debido a la parte de la definición en la que dos se eleva a la potencia. Añadió que IBM ni siquiera utilizó esta potenciación en su primer trabajo.sobre este tema publicado en 2017. “Es solo una falla en la definición en sí misma”, dice Lidar.
Lidar dice que la forma más fácil sería determinar el volumen cuántico de acuerdo con el mayor número de qubits o puertas de enlace, y no usar exponenciación.
No todo el mundo considera que el volumen cuántico sea un criterio tan importante o necesario para evaluar el progreso de la computación cuántica. No está claro si el progreso de las computadoras cuánticas debería reducirse a un solo criterio, dice Scott Aaronson , informático y director del centro de información cuántica de la Universidad de Texas en Austin. Destacó esta y otras preguntas sobre el tema en su artículo " Atornille el volumen cuántico " [ volumen - volumen, así como volumen / aprox. transl. ].
"Este es sólo otro posible índice generalizado de consumo de la frialdad de las computadoras cuánticas, entre la miríada de alternativas", dice Aaronson.
Desde un punto de vista práctico, solo los grandes actores de la industria como IBM están preocupados por el volumen cuántico. Eso dice Javad Shabani , profesor asociado de física y presidente del laboratorio Shabani de la Universidad de Nueva York. Él y otros investigadores generalmente no tienen acceso a sistemas cuánticos tan grandes, incluso considerando el hecho de que cada vez más empresas brindan acceso a la nube a dichos sistemas para programadores.
Aún así, Shabani ve el volumen cuántico como un concepto útil, que define de manera más significativa el progreso en la computación cuántica que simplemente contar qubits. Él, al igual que Lidar, propone dejar el volumen cuántico en los negocios mientras que el ruido es el factor limitante, ya sea en los próximos cinco años o diez.
"Si puede crear un qubit lógico que sea inmune al ruido, entonces este concepto de volumen cuántico desaparecerá lentamente de forma natural", dice Shabani.