lunes, 2 de febrero de 2015

La clonación de qubits: Una nueva forma de conversar en la Computación Cuántica.

La computación cuántica representa un reino infinito de posibilidades cuando se trata de tamizar y clasificar a través de increíbles cantidades de datos. No es un desafío menor si tenemos en cuenta que un informe de 2013 encontró que el 90 por ciento de los  datos del mundo fueron generados en sólo dos años. 

Pero uno de los problemas más complejos de la computación cuántica no es la gran cantidad de datos -es una cuestión de traducción.

"La programación de los ordenadores tradicionales es como un idioma extranjero a los ordenadores cuánticos", explicó Steve Adachi, un investigador senior en Lockheed Martin en Palo Alto, California, que ha estado explorando este campo durante cuatro años. "Las computadoras cuánticas requieren un enfoque totalmente diferente a la programación."

Lockheed Martin está actualmente colaborando con D Wave-Systems y la academia para avanzar en nuestra comprensión de la computación cuántica.

"Ordenadores tradicionales tienen bits que se limitan a "pensar" en serie en ceros y unos, mientras que los ordenadores cuánticos tienen bits cuánticos o qubits que puede 'pensar' en ambos ceros y unos, y todos los puntos intermedios, a la vez," dijo Adachi. "Combinar qubits con el hecho de que se nutre de la computación cuántica en la física de los enredos y túneles, y estamos hablando de una nueva lengua en la computación. Los problemas deben ser escritos de una manera completamente diferentes, por lo que es un verdadero problema de los problemas ".

En el mundo de la computación cuántica, estos problemas se conocen como problemas de optimización cuadrática binaria sin restricciones (Qubo). 

Resolver el "problema de los problemas Quantum".

En 2014, Adachi y el equipo de Lockheed Martin han intervenido en el programa de la clínica de Harvey Mudd College (HMC) para obtener ideas sobre cómo abordar mejor el reto de los problemas Qubo. El programa de clínicas HMC , que se encuentra en su 52 º año, reúne a juniors y a estudiantes universitarios de alto nivel con la industria para colaborar en la ciencia y la ingeniería de la investigación.

"A medida que el equipo se dio a la tarea de optimizar la programación de la computadora cuántica D-Wave para la comunicación qubit, fuimos testigos de un aprendizaje interdisciplinario espontáneo con nuestros estudiantes", dijo Richard C. Haskell, profesor de Física y Director de la Clínica de Física , HMC. "Este aprendizaje interdisciplinario fue un factor clave del éxito de la capacidad de los estudiantes para ayudar a resolver el problema de convertir los problemas en el formato correcto."

Su solución: La clonación de qubits.

Bajo la dirección de Adachi y sus asesores académicos, cuatro estudiantes HMC crearon una solución de software que traduce los problemas en una forma que el equipo de D-Wave puede entender, por "clonación" qubits. Las áreas de estudio de los estudiantes incluyen la física y las ciencias de la computación, lo que contribuyó a la diversidad de pensamiento necesario para hacer frente a este desafío.

"Por la clonación de estos qubits, puede darse cuenta de todas las conexiones que se necesitan para resolver problemas del mundo real", dijo Adachi. "Sin esta incorporación, no habría manera de resolver muchos problemas Qubo en la D-Wave, que realmente limita lo que puede hacer." 

El valor de asociaciones entre la industria y la universidad.

Esta no es la primera vez que Lockheed Martin se asoció con HMC para investigar los desafíos científicos y de ingeniería. La universidad presentó recientemente - junto a Lockheed Martin- un premio Milestone, reconociendo el patrocinio de la Corporación, de 35 proyectos de la clínica en la informática, la ingeniería, las matemáticas y la física desde 1965.

"Las clínicas son uno de los programas educativos más importantes en el Colegio, y que no sería posible sin patrocinadores dedicados como Lockheed Martin," dijo Maria Klawe, presidente, Harvey Mudd College. "Nuestros estudiantes reciban una oportunidad única para asumir la responsabilidad para un problema difícil y producir resultados profesionales ".

Adachi, que obtuvo su licenciatura en Matemáticas de HMC, no podía estar más de acuerdo.

"Todavía recuerdo con cariño mi propia experiencia clínica hace más de 30 años, donde se trabajó en simulaciones de yacimientos de petróleo utilizando una supercomputadora Cray-1, que era una máquina del "estado del arte" en el momento", dijo Adachi. "Ahora que he llegado al punto de partida, lo que ayuda a presentar la próxima generación de estudiantes a lo que podría ser la tecnología de la computación del futuro."

La clonación de qubits: Cómo Trabajo de Conversaciones Quantum.

Con un ordenador cuántico como la máquina D-Wave, los problemas, primero deben traducirse en el formato QUBO. Este formato utiliza una ecuación que contiene un número determinado de variables binarias, donde cada variable debe estar asociada con un qubit en el D-Wave para que puedan "hablar" entre sí. No todos los qubits en el D-Wave están realmente conectados, por lo que es difícil tener una conversación completa.

La gráfica lógica representa un problema que podríamos querer resolver, que tiene cinco variables con conexiones entre cada par de variables. El gráfico representa la capacidad física actual de D-Wave que no tiene algunas de estas conexiones. Pero por clonación x3, x4 y x5, las variables pueden ahora ser encadenadas juntas para que todas las conexiones requeridas en el gráfico lógico están presentes.

Para ciertos tipos de gráficos, esta nueva técnica ofrece una verdadera ventaja en problemas del mundo real que Lockheed Martin está explorando por medio del uso de la computación cuántica.



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