El hardware de D-Wave que mejora el rendimiento gracias a los efectos cuánticos

Las investigaciones desarrolladas en física y tecnología, han llevado a demostrar que el trabajo ejecutado por un ordenador cuántico basado en puertas, es capaz de realizar cálculos que un hardware informático tradicional no puede. Ahora el trabajo se centra en hacerlo realidad y es que la computación cuántica de uso general aún parece estar lejos.

D-Wave Systems llegó a desarrollar el que sería su tercer sistema de recocido cuántico basado en la nube, además de actualizar sus herramientas de codificación para poder dar respuesta a los problemas que surgen de la optimización empresarial. El recocido cuántico es un tipo de computación cuántica que es empleado para solucionar problemas de optimización de procesos. El llevado a cabo por D-Wave realizaba comparativas de rendimiento con el hardware informático estándar.

Recientemente hemos conocido que investigadores del sector, entre los que se encuentran instituciones académicas y un equipo de D-Wave, han hecho saber su trabajo al respecto comparando su recocido cuántico con otros métodos para poder así sacar conclusiones sobre su funcionamiento.

Así es el hardware de D-Wave

Fundada en el año 1999 por Haig Farris, Geordie Rose, Bob Wiens y Alexandre Zagoskin, D-Wave se ha convertido en la primera empresa a nivel mundial en vender ordenadores cuánticos por todo el mundo, llegando a servir a entidades como la NASA, no obstante es la empresa líder en la producción de hardware y software en computación cuántica.

Cuando hablamos del hardware desarrollado por D-Wave lo hacemos de un conjunto de cables superconductores, donde su corriente puede circular en cualquier dirección. Estos cables están interconectados de forma que dan servicio a unos y otros. Al configurarse de forma correcta, el sistema se comporta como lo que en física se denomina vidrio giratorio, una aleación de metal en la que los átomos de hierro se mezclaban al azar en una rejilla de átomos de cobre.

Este proceso llevado a cabo por D-Wave y denominado como recocido térmico, ha mostrado que tiene algunos límites aún y desde la compañía esperan que el recocido cuántico tenga mejor rendimiento que el que da el térmico. La compañía sustenta su estudio en que gracias al vidrio giratorio será posible hacer frente a diferentes problemas de optimización.

El estudio del vidrio giratorio

El equipo de investigación empleó esta herramienta de la física del vaso giratorio para comprobar el funcionamiento real del hardware. Realizando 16 giros, los analistas entienden que el comportamiento del sistema durante el recocido cuántico podría calcularse directamente. En relación a esto, afirman los investigadores que “a esta escala, podemos desarrollar numéricamente la ecuación de Schrödinger dependiente del tiempo”.

El trabajo con la técnica del recocido cuántico ya fue empleado en uno de sus procesadores, el Advantage de D-Wave, que cuenta con más de 5.000 qubits, situándolo por encima de sus rivales cuánticos. Ahora, estos resultados obtenidos confirman que el procesador de D-Wave alcanza los niveles esperados.

Alcanzado el objetivo, la investigación se centró entonces a vasos giratorios mucho más grandes, con miles de giros, por lo que en palabras de los propios investigadores “la simulación de la dinámica de control de calidad de Schrödinger con una computadora clásica es un método de optimización poco prometedor, ya que los requisitos de memoria crecen exponencialmente con el tamaño del sistema”.

El hardware real y los simuladores mostraron un comportamiento parecido, ya que la brecha de energía entre el sistema y su estado decayó en función del tiempo de recorrido. En este sentido, se puede afirmar que el sistema comienza con un estado energético muy alto y la brecha de energía se va disminuyendo en función del tiempo que esté a una determinada potencia.

El recocido cuántico simulado muestra un exponente más alto que el recocido térmico simulado, mientras que la herramienta de D-Wave tiene un exponente más elevado. El problema encontrado por parte de los investigadores fue que el sistema escalaba con la cantidad de giros que se rastreaban. Hubo una relación constante entre el tiempo de recocido y la cantidad de energía que quedaba en el sistema.

D-Wave trata de resolver problemas de optimización de manera general, aunque aún queda aplicarlos en la práctica. Sin embargo, a pesar de la incertidumbre que rodea al proceso, los ensayos han demostrado la ventaja de escala en el hardware de recocido cuántico que parece que resolverá todas las dudas alrededor del hardware de D-Wave.