Dos científicos informáticos de UCLA han demostrado que los compiladores existentes, que les dicen a las computadoras cuánticas cómo usar sus circuitos para ejecutar programas cuánticos, inhiben la capacidad de las computadoras para lograr un rendimiento óptimo. Específicamente, su investigación ha revelado que mejorar el diseño de compilación cuántica podría ayudar a lograrvelocidades de cálculo hasta 45 veces más rápidas que las demostradas actualmente.
Los científicos de la computación crearon una familia de circuitos cuánticos de referencia con profundidades o tamaños óptimos conocidos. En el diseño de computadoras, cuanto menor es la profundidad del circuito, más rápido se puede completar un cálculo. Los circuitos más pequeños también implican que se puede empaquetar más computación en el cuántico existenteLos diseñadores de computadoras cuánticas podrían usar estos puntos de referencia para mejorar las herramientas de diseño que luego podrían encontrar el mejor diseño de circuitos.
"Creemos en la metodología 'medir, luego mejorar'", dijo el investigador principal Jason Cong, profesor de Ciencias de la Computación del Canciller Distinguido en la Escuela de Ingeniería Samueli de UCLA. "Ahora que hemos revelado la gran brecha de optimización, estamos enla forma de desarrollar mejores herramientas de compilación cuántica, y esperamos que toda la comunidad de investigación cuántica también lo haga ".
Cong y el estudiante de posgrado Daniel Bochen Tan probaron sus puntos de referencia en cuatro de las herramientas de compilación cuántica más utilizadas. Se publicó un estudio que detalla su investigación en Transacciones IEEE en computadoras , una revista revisada por pares.
Tan y Cong han hecho los puntos de referencia, llamados QUEKO, de código abierto y están disponibles en el repositorio de software GitHub.
Las computadoras cuánticas utilizan la mecánica cuántica para realizar una gran cantidad de cálculos simultáneamente, lo que tiene el potencial de hacerlas exponencialmente más rápidas y más potentes que las mejores supercomputadoras de la actualidad. Pero muchos problemas deben abordarse antes de que estos dispositivos puedan salir del laboratorio de investigación..
Por ejemplo, debido a la naturaleza sensible de cómo funcionan los circuitos cuánticos, pequeños cambios ambientales, como pequeñas fluctuaciones de temperatura, pueden interferir con el cálculo cuántico. Cuando eso sucede, los circuitos cuánticos se denominan decoherentes, es decir, tienenperdió la información una vez codificada en ellos.
"Si podemos reducir constantemente a la mitad la profundidad del circuito mediante una mejor síntesis de diseño, efectivamente duplicamos el tiempo que tarda un dispositivo cuántico en convertirse en decoherente", dijo Cong.
"Esta investigación de compilación podría extender efectivamente ese tiempo, y sería el equivalente a un gran avance en la física experimental y la ingeniería eléctrica", agregó Cong. "Por lo tanto, esperamos que estos puntos de referencia motiven tanto a la academia como a la industria a desarrollar un mejor diseñoherramientas de síntesis, que a su vez ayudarán a impulsar los avances en la computación cuántica ".
Cong y sus colegas llevaron a cabo un esfuerzo similar a principios de la década de 2000 para optimizar el diseño de circuitos integrados en las computadoras clásicas. Esa investigación impulsó efectivamente dos generaciones de avances en las velocidades de procesamiento de computadoras, utilizando solo un diseño de disposición optimizado, lo que acortó la distancia entre los transistores queEsta mejora rentable se logró sin ninguna otra inversión importante en avances tecnológicos, como la reducción física de los propios circuitos.
"Los procesadores cuánticos que existen hoy en día están extremadamente limitados por la interferencia ambiental, lo que impone severas restricciones a la duración de los cálculos que se pueden realizar", dijo Mark Gyure, director ejecutivo del Centro de Ciencia e Ingeniería Cuántica de UCLA, que no participóen este estudio. "Es por eso que los resultados de la investigación reciente del grupo del profesor Cong son tan importantes porque han demostrado que la mayoría de las implementaciones de circuitos cuánticos hasta la fecha son probablemente extremadamente ineficientes y los circuitos compilados de manera más óptima podrían permitir la ejecución de algoritmos mucho más largos.dan como resultado que los procesadores de hoy resuelvan problemas mucho más interesantes de lo que se pensaba. Es un avance extremadamente importante para el campo e increíblemente emocionante ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Los Ángeles . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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