Quão bom são os computadores quânticos de hoje realmente?

Joi Ito https://www.flickr.com/photos/joi/494431001/

Os computadores quânticos têm muita atenção recentemente. Embora alguns tenham sido equilibrados e bem informados, isso não tem sido verdade para todos. Hype está começando a penetrar, e um artigo espetacularmente desinformado foi mesmo para um pouco de medo mongering.

Tudo isso pode fazer com que os computadores quânticos estejam ao virar da esquina. Na realidade, a indústria de computação quântica ainda é apenas sua infância. Embora os protótipos de dispositivos estejam sendo produzidos atualmente, eles não podem ser usados ??para qualquer coisa que seu laptop não possa fazer quase trivialmente. O desenvolvimento desses dispositivos ainda está em grande parte nos domínios da ciência básica, e provavelmente permanecerá assim por uma década pelo menos.

Hype e dinheiro estão mudando a compreensão pública da computação quântica
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A melhor maneira de imunizar-se do hype, e realmente entender como esses dispositivos são desenvolvidos, é brincar com eles. Felizmente, você não precisa de seu próprio computador: a IBM permite que o público mexa com alguns dos seus dispositivos.

Quantum Computing – IBM Q – EUA
A IBM está construindo os primeiros computadores quânticos universais para negócios e ciência. www.research.ibm.com

Tentando as coisas em sua experiência quântica, você pode rapidamente tomar a mão com a grandeza da computação quântica, mas também é dolorosamente honesto sobre as limitações atuais.

Como um exemplo explícito disso, fiz um jogo. Isso é projetado para usar todos os aspectos de um dispositivo quântico para definir alguns enigmas simples. Ao jogar o jogo, você pode rapidamente ter uma idéia do que um processador quântico pode fazer. Mas você também verá rapidamente onde estão suas fraquezas.

O jogo foi implementado para o que é atualmente o processador quântico mais avançado: ibmqx3 da IBM.

decodoku / A_Game_to_Benchmark_Quantum_Computadores
Contribua para o desenvolvimento de A_Game_to_Benchmark_Quantum_Computers criando uma conta no GitHub. github.com

Todos os detalhes técnicos podem ser encontrados no link acima, incluindo o programa completo que é executado no computador quântico. Você precisa ser aprovado para o programa beta para realmente jogar isso sozinho. Então, aqui está um jogo que eu corri mais cedo.

Vamos mergulhar. Aqui está o primeiro quebra-cabeça.

Como você pode ver, há um monte de porcentagens. Estes são conectados por linhas, que são rotulados por letras.

As percentagens vêm em pares, que devem ser bastante semelhantes entre si. Por exemplo, há 11% e 12% de cada lado da linha S. Esses números são muito parecidos uns com os outros, e muito diferentes dos outros vizinhos, então podemos ter certeza de que esses caras estão emparelhados.

O objetivo do quebra-cabeça é encontrar todos os pares. Já identificamos pares S. Agora, só precisamos fazer o resto.

Os 50% do lado esquerdo do E são agora fáceis. Só tem dois vizinhos, e um já foi usado. Então, ele deve ser emparelhado com os 49% do outro lado do E. Isso nos dá E como nosso próximo par, e então M torna-se óbvio também. Continuamos até o enigma terminar.

Então é rodada 2: Um segundo quebra-cabeça.

É um pouco mais difícil, mas ainda é possível. O par N é bastante óbvio, por exemplo. Eu vou deixar você pensar sobre o resto.

Uma vez que tudo está pronto, é a rodada 3.

Todas as porcentagens parecem estar sendo derrubadas nas 40 s e 50 s, o que torna os pares difíceis de distinguir. O par J é uma exceção notável, mas o resto é o palpite de alguém.

A rodada 4 é ainda pior.

Não tenho ideia do que está acontecendo aqui.

Então, o que isso tem a ver com computadores quânticos? As 16 porcentagens no quebra-cabeça provêm de um bit quântico diferente (ou qubit) no processador ibmqx3 . Então, o jogo nos diz algo sobre quantos qubits temos para jogar.

As instruções básicas em um processador quântico são de dois tipos: operações qubit únicas e duas operações qubit. O último não pode ser feito entre qualquer par de qubits: apenas certos emparelhamentos são permitidos. Estes são os mesmos pares permitidos que no jogo. Assim, a natureza da grade em que o jogo é jogado também informa sobre os processos que são permitidos no dispositivo. Se todos os qubits assentados em uma fileira, seria bastante lixo para o jogo e para projetar algoritmos quânticos. Uma rede quadrada sem links ausentes seria muito boa. Como você pode ver, o ibmqx3 está em algum lugar intermediário.

Ao criar o quebra-cabeça para a primeira rodada, o programa executado no computador quântico apenas cria esse enigma. Para a segunda rodada, o programa está um pouco mais envolvido: ele começa por refazer o primeiro quebra-cabeça, e depois usa as entradas que o jogador acaba de desconstruir. Só então finalmente cria o segundo quebra-cabeça.

A mesma ideia é usada nas rodadas mais altas. Cada uma das rodadas anteriores é recriada e depois desmontada antes que a última rodada seja finalmente preparada. Isso faz o programa mais longo e mais longo enquanto o jogo continua.

Quanto maior o tempo de execução, mais chances de ruído entrar e mexer com tudo. Quanto mais erros houver, mais difícil será ver a solução certa e, assim, a dificuldade aumentará para as rodadas mais altas. Isso nos dá uma outra visão sobre o dispositivo: quão amplos os efeitos do ruído podem ser.

Então, agora você sabe o quão bom é o dispositivo ibmqx3 . Você viu o quão grande era o quebra-cabeça. Você viu como os qubits estavam conectados e como um quebra-cabeças é bom. Você viu quantas rodadas demorou antes de tudo enganar. Você não precisa confiar no hype para falar sobre o estado da computação quântica. Você pode enganá-lo por si mesmo.

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