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Jul 10, 2023

Resumen de investigaciones de agosto de 2024

Por el Dr. Chris Mansell, escritor científico senior de Terra Quantum A continuación se muestran resúmenes de algunos artículos de investigación interesantes sobre tecnología cuántica que hemos visto durante el último mes. Título:

Por el Dr. Chris Mansell, redactor científico senior de Terra Quantum

A continuación se muestran resúmenes de algunos artículos de investigación interesantes sobre tecnología cuántica que hemos visto durante el último mes.

Título: Emisión de fotón único de alta eficiencia desde un centro T de silicio en un nanohaz Organizaciones: Universidad de Maryland; Universidad Simon Fraser; Fotónica Inc. Los qubits de estado sólido ópticamente activos son importantes para las computadoras, redes y sensores cuánticos. La integración de estos qubits con dispositivos nanofotónicos mejora la emisión de fotones y las interacciones entre la luz y la materia. Los investigadores emplearon una estructura de nanohaz que emitía luz de manera eficiente en un modo adaptado a una fibra monomodo con lente, lo que les permitió recolectar más del 70% de la emisión del centro T. Esta es la tasa de recuento de centros T más alta documentada hasta ahora. El siguiente paso adelante implicará acoplar la línea de fonón cero a un modo de cavidad para mejorar el brillo.Enlace: https://arxiv.org/abs/2308.04541

Título: Entrelazamiento multipartito escalable creado por intercambio de espín en una red óptica Organizaciones: Universidad de Ciencia y Tecnología de China; Universidad de Fudan; Universidad de Tsinghua Las superredes ópticas son el sistema natural para realizar operaciones paralelas en átomos ultrafríos, mientras que los microscopios cuánticos de gases destacan en la manipulación de un solo átomo. Aquí, estas tecnologías se combinaron con dispositivos de microespejos digitales para crear y detectar entrelazamientos multipartitos a gran escala. Esta arquitectura permitió aplicar capas de puertas cuánticas a átomos separados a distancias moderadas. Los investigadores prepararon con éxito estados de Bell con alta fidelidad y larga vida útil, y luego ampliaron este entrelazamiento a estados más complejos que involucran cadenas unidimensionales y plaquetas bidimensionales. Verificaron este entrelazamiento utilizando criterios rigurosos. Enlace: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.073401

Título: El debate sobre QKD: una refutación a las objeciones de la NSAOrganización: ETH Zurich La NSA se muestra escéptica sobre la distribución de claves cuánticas (QKD). Su perspectiva es que QKD es una solución costosa, aunque parcial, que resulta difícil de implementar, requiere equipos especiales y aumenta los riesgos de amenazas internas y ataques de denegación de servicio. Concluyen que estas limitaciones actualmente lo hacen inadecuado para su uso. Una nueva preimpresión ha ofrecido contraargumentos a cada uno de los puntos de la NSA. Los autores cuestionan algunas de las afirmaciones, considerándolas injustificadas, aunque reconocen que existen otras cuestiones que probablemente podrían resolverse en un futuro previsible. Enumeran las limitaciones técnicas destacadas por la NSA y explican su postura sobre cada una, considerando su validez a corto, mediano y largo plazo.Enlace: https://arxiv.org/abs/2307.15116

Título: Ventaja energética potencial de la economía cuánticaOrganizaciones: Universidad de Chicago; qBraid Co.; SeQure Co.; Universidad de Toronto; Universidad de Hong Kong Este estudio se centra en las crecientes demandas de energía del sector informático moderno debido al uso generalizado de modelos de lenguaje y aprendizaje automático a gran escala. Aborda la importancia de la conservación de energía para los proveedores de servicios informáticos en términos de expansión de su mercado y cumplimiento de las regulaciones gubernamentales. Los autores evalúan la posibilidad de que la computación cuántica tenga una ventaja energética sobre la computación clásica. Sugieren que la computación cuántica podría ofrecer una trayectoria más sostenible para la industria informática, pero sólo cuando la computación cuántica se implemente a una escala suficiente. Utilizando parámetros físicos del mundo real, cuantifican la escala operativa necesaria para lograr esta ventaja de eficiencia energética.Enlace: https://arxiv.org/abs/2308.08025

Título: Arquitectura modular de Qubit superconductor con un acoplador sintonizable de múltiples chipsOrganización: Rigetti Computing El artículo describe tres diseños diferentes de acopladores sintonizables de múltiples chips que utilizan condensadores de vacío o enlaces superconductores de indio para crear un acoplador sintonizable flotante que media en las interacciones entre qubits en chips separados para construir una arquitectura modular. El artículo también muestra que las operaciones de puerta de dos qubits entre chips pueden tener una fidelidad al mismo nivel que los qubits con un acoplador sintonizable en un solo chip. Esta tecnología podría ser importante para crear una computadora cuántica modular y escalable.Enlace: https://arxiv.org/abs/2308.09240

Título: Computación cuántica tolerante a fallas de sobrecarga constante con matrices atómicas reconfigurables Organizaciones: Universidad de Chicago; Universidad Harvard; Instituto de Tecnología de California; Universidad de Arizona; QuEra Computing Inc. Esta preimpresión propone un método práctico para la computación cuántica tolerante a fallas utilizando códigos cuánticos de verificación de paridad de baja densidad (qLDPC) en matrices de átomos reconfigurables. Estos códigos ofrecen altas tasas de codificación pero tienen requisitos de conectividad de largo alcance desafiantes experimentalmente. El equipo ideó un enfoque eficiente que aprovecha la estructura del producto de los códigos qLDPC mediante el uso de reordenamiento de átomos para permitir la extracción de síndromes no locales. Verificaron la tolerancia a fallos de sus protocolos, realizaron simulaciones de memoria y operaciones lógicas y descubrieron que su configuración basada en qLDPC supera al código de superficie en términos de requisitos de qubit. Esto abre la puerta a la computación cuántica práctica y de bajo costo utilizando códigos qLDPC y técnicas experimentales existentes.Enlace: https://arxiv.org/abs/2308.08648

Título: Memoria cuántica tolerante a fallas de alto umbral y baja sobrecarga Organización: IBM Los investigadores han desarrollado un protocolo de corrección de errores cuánticos que consta de un código cuántico LDPC, un circuito de medición de síndromes y un algoritmo de decodificación. El código LDPC tiene una alta tasa de codificación y muestra un rendimiento excelente en el régimen cercano al umbral. Su protocolo alcanza un impresionante umbral de error del 0,8%, lo que significa que si la tasa de error físico del sistema cuántico permanece por debajo de este valor, la corrección práctica del error resulta factible. Este umbral es comparable al rendimiento del código de superficie bien establecido. Demostraron que su método conserva 12 qubits lógicos durante diez millones de ciclos utilizando sólo 288 qubits físicos, una mejora sustancial con respecto a los métodos existentes que requerirían más de 4.000 qubits. Los requisitos de hardware para implementar su esquema son relativamente leves y posiblemente podrían cumplirse mediante arquitecturas superconductoras mejoradas.Enlace: https://arxiv.org/abs/2308.07915

Título: Algoritmos cuánticos variacionales de Schrödinger-HeisenbergOrganizaciones: Universidad de Ciencia y Tecnología de China; Centro de Investigación de Ciencias Cuánticas de Shanghai; Universidad de Peking Para superar el problema de los dispositivos NISQ que tienen profundidades de circuito limitadas, los autores de este artículo presentan un nuevo enfoque llamado algoritmos cuánticos variacionales de Schrödinger-Heisenberg (SHVQA). Este método implica realizar una simulación clásica silenciosa de un circuito cuántico profundo y ejecutar un circuito cuántico poco profundo en un procesador cuántico. Esto se conoce como combinar un circuito virtual de Heisenberg con un circuito real de Schrödinger poco profundo. En comparación con los enfoques habituales de los algoritmos cuánticos variacionales, se puede explorar un espacio de Hilbert mucho más grande. Los experimentos numéricos confirmaron que los SHVQA lograron aproximar estados aleatorios, mejorar las soluciones de los modelos cuánticos y simular estructuras moleculares. Este trabajo, junto con una mitigación eficaz de errores, promueve algoritmos cuánticos precisos en hardware cuántico a corto plazo.Enlace: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.060406

Título: Corrección autónoma de errores cuánticos y computación cuántica tolerante a fallas con qubits de gato comprimidosOrganizaciones: Universidad de Chicago; Universidad de Innsbruck; Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica de la Academia de Ciencias de Austria En este artículo, se diseñó un esquema de corrección de errores cuánticos que emplea estados de gato comprimido (SC) para combatir la pérdida de excitación en sistemas cuánticos de variable continua. Al diseñar el entorno o el depósito del sistema, los autores demostraron que la disipación controlada puede estabilizar un código SC de dos componentes y al mismo tiempo corregir los errores de forma autónoma. La disipación implica interacciones específicas entre modos bosónicos o entre un modo bosónico y un qutrit. Este esquema es aplicable en varias plataformas cuánticas, como circuitos superconductores y sistemas de iones atrapados, y supone una mejora significativa con respecto a los métodos anteriores.Enlace: https://www.nature.com/articles/s41534-023-00746-0

Título: Evaluación comparativa experimental de un flujo de trabajo determinista automatizado de supresión de errores para algoritmos cuánticosOrganización: Q-CTRL Este artículo presenta un flujo de trabajo autónomo llamado "Fire Opal" que minimiza de manera determinista los errores que ocurren durante un cálculo cuántico, desde operaciones a nivel de puerta hasta la ejecución y medición del circuito. El flujo de trabajo incorpora compilación con reconocimiento de errores, optimización automática de puertas en todo el sistema, desacoplamiento dinámico y mitigación eficiente de errores de medición. Se llevaron a cabo extensas pruebas comparativas en hardware de IBM, que mostraron mejoras mil veces mayores en comparación con las técnicas de reducción de errores existentes. Los experimentos abarcaron varios algoritmos cuánticos y demostraron la eficacia del enfoque al superar a otros métodos. Los hallazgos resaltan el papel de los errores no markovianos en el rendimiento del algoritmo y subrayan la eficacia del flujo de trabajo determinista de supresión de errores propuesto.Enlace: https://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.20.024034

Título: Una arquitectura conceptual para un middleware Quantum-HPC Organizaciones: Universidad de Utrecht; Universidad Rutgers; Laboratorio Nacional Brookhaven; Universidad Ludwig Maximilian de Múnich; Grupo BMW Los investigadores consideraron el cambio de sistemas de computación cuántica únicos y monolíticos a configuraciones más modulares que consisten en múltiples unidades de procesamiento cuántico interconectadas con nodos de computación clásicos. A medida que crece la escala de estos sistemas, los llamados sistemas middleware se vuelven cruciales para cerrar la brecha entre la computación cuántica y la clásica. Para abordar esto, propusieron un marco conceptual que se basa en conceptos informáticos de alto rendimiento establecidos. Su análisis tuvo como objetivo facilitar la integración según los diferentes flujos de trabajo necesarios para la optimización, el aprendizaje automático y la simulación.Enlace: https://arxiv.org/abs/2308.06608

29 de agosto de 2023

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