Por Florian Preis, jefe de software y aplicaciones de Quantum Brilliance
No será necesario que las computadoras cuánticas superen a las supercomputadoras para ser consideradas significativas.
Olvidemos la "ventaja cuántica", el momento en que las computadoras cuánticas superarán a los sistemas clásicos actuales, o alcanzarán la "supremacía cuántica", cuando las computadoras cuánticas puedan resolver un problema que ninguna computadora clásica pueda resolver.
La computación cuántica a corto plazo siempre será híbrida, incluso si es tolerante a fallos. Ser dueño del período híbrido clásico-cuántico de transición de los próximos 20 años es lo más práctico y útil.
Más valiosa –y que proporciona beneficios prácticos antes– es la “utilidad cuántica”, cuando un sistema cuántico puede superar a los procesadores clásicos de tamaño, peso y potencia comparables en entornos similares.
Un artículo publicado recientemente, Utilidad cuántica: definición y evaluación de una ventaja cuántica práctica, desafía la importancia de la ventaja cuántica y la supremacía de la utilidad o utilidad cuántica.
Aplicaciones del centro de datos
La mayoría de las computadoras cuánticas requieren un control cuidadoso de la temperatura y una carcasa muy grande en los mainframes, al igual que las computadoras clásicas de los años 1960. Con el tiempo, los avances tecnológicos permitieron a los ingenieros reducir las computadoras clásicas a computadoras de escritorio, portátiles, tabletas, teléfonos, relojes y otras más pequeñas, aumentando su utilidad con cada paso.
Sin embargo, la utilidad llegará mucho más rápido a los sistemas cuánticos que superen el desafío de la temperatura y se integren fácilmente con supercomputadoras y centros de datos internos.
Los dispositivos cuánticos a temperatura ambiente permitirán integraciones tempranas con sistemas clásicos. Los factores de forma montados en bastidor están disponibles hoy en día en prototipos que pueden funcionar junto con las computadoras centrales en los centros de datos. Estos “aceleradores” cuánticos podrán aumentar los cálculos clásicos con energía cuántica en el futuro.
En algún momento, la paralelización masiva de estos sistemas cuánticos permitirá un mayor rendimiento en comparación con los clásicos por sí solos. Los ciclos de entrenamiento de modelos y aprendizaje automático cuántico se pueden distribuir no uno por uno, sino en lotes en diferentes nodos al mismo tiempo, y luego colocarse en el cálculo de entrenamiento.
El despliegue a gran escala de grupos interconectados de aceleradores cuánticos a temperatura ambiente podría desbloquear avances nunca antes vistos en dinámica molecular, catalizadores industriales, baterías, descubrimiento de fármacos y más.
Tener computadoras cuánticas trabajando en bastidores justo al lado de las supercomputadoras proporcionaría grandes mejoras en utilidad, paralelización, latencia y privacidad.
Todas las operaciones se pueden completar en el sitio, lo que elimina la necesidad de enviar información confidencial a través de la nube. Con estructuras paralelas de pequeños dispositivos cuánticos que ejecutan cálculos, los centros de datos pueden mantener sus datos en sus centros.
A lo largo de esta vía, y con un marco definido, se puede ver dónde está el futuro de la utilidad cuántica y permitir a las organizaciones medir cuantitativamente su preparación para las aplicaciones.
Los cinco niveles de preparación de la aplicación
Afortunadamente, existe un camino fácil de seguir de niveles de preparación de aplicaciones (ARL) para planificar la utilidad cuántica en múltiples aplicaciones cuánticas de los campos de la química cuántica, la simulación cuántica, el aprendizaje automático cuántico y el análisis de datos:
- Planteamiento del problema: formular un concepto/idea para una aplicación cuántica o clásica/cuántica.
- Prueba de concepto útil: demostrar que la idea es favorable a un algoritmo clásico igualmente idealizado.
- Prueba de escalabilidad: extrapolar para exponer un dispositivo cuántico que sea más rápido, más preciso o requiera menos energía en comparación con un competidor clásico de tamaño, peso y costo similar.
- Utilidad en simulación: confirmar, mediante simulación de aplicaciones cuánticas ruidosas o sin ruido a gran escala, la funcionalidad y los requisitos del dispositivo.
- Utilidad cuántica: confirmar una aplicación útil y prácticamente relevante en hardware cuántico real.
El resultado final en utilidad
Para que las empresas inviertan en tecnología o soluciones cuánticas, deben tener una hoja de ruta sobre cómo y cuándo experimentarán valor. El marco ARL puede permitir a los usuarios descubrir sus primeras oportunidades de utilidad cuántica y, al mismo tiempo, ayudarles a planificar cómo aprovechar sistemas cuánticos más potentes en los próximos años.
Espere computadoras cuánticas del tamaño de una GPU con 50 o más qubits en los próximos años y, en algún momento, computación cuántica verdaderamente ubicua con dispositivos lo suficientemente pequeños como para colocarlos al lado de su computadora portátil.
Dado que las computadoras cuánticas de formato pequeño pueden existir y funcionar junto con mainframes y computadoras clásicas, y aprovecharse según sea necesario para resolver problemas complejos, lograr la utilidad cuántica puede fomentar la colaboración y acelerar la innovación y la adopción de la computación cuántica en todas las industrias.
Nils Herrmann también contribuyó a este artículo de opinión. Nils es un desarrollador de aplicaciones cuánticas con Quantum Brilliance. Químico teórico y físico cuántico, dirige la evaluación comparativa orientada a aplicaciones y la investigación de utilidad cuántica en Quantum Brilliance.