La compañía canadiense D-Wave Systems ha anunciado una nueva máquina cuántica, D-Wave 2X™, con un chip de 2048 cubits (16 × 16 × 8), aunque sólo 1152 cubits son útiles a efectos de cálculo. La máquina usa más de 128000 uniones superconductoras de tipo Josephson y opera a 15 milikelvin sobre el cero absoluto de temperaturas. El objetivo para el próximo año es lograr incrementar el número de cubits útiles y acercarlo a 2000.
Recuerda que estas máquinas de cómputo analógicas no son ordenadores cuánticos. Usar cubits no es suficiente para ejecutar un algoritmo cuántico. En estas máquinas se cablea un grafo que conecta los cubits y se ejecuta un algoritmo de recocido clásico (aunque usa cubits cuánticos no está demostrado que sea recocido cuántico) que resuelve un problema de optimización combinatoria en dicho grafo. Ello no quita que la D-Wave 2X sea todo un alarde técnico y que le deseemos todos los éxitos posibles a la compañía D-Wave Systems.
El anuncio es “Announcing the D-Wave 2X Quantum Computer,” D-Wave News, 20 Aug 2015; el anuncio viene acompañado de un artículo que aparecerá mañana en ArXiv, James King et al. (D-Wave Systems), “Benchmarking a quantum annealing processor with the time-to-target metric,” arXiv:submit/1326272 [quant-ph], 20 Aug 2015 [PDF].
Las pruebas de la nueva máquina se han realizado cableando este grafo, llamado quimera C12, porque es un problema de Ising con una arquitectura estructurada de tipo quimera. Se muestran la malla de 12 × 12 unidades, cada una con 8 cubits, que totalizan los 1152 cubits de cálculo; por imperfecciones en el proceso de fabricación sólo 1097 están activos.
¿Cómo se puede saber si D-Wave 2X ejecuta un algoritmo de recocido cuántico o uno de recocido clásico? No hay ninguna técnica experimental que permita verificar la existencia de un estado cuántico coherente entre los estados de unos 1000 cubits. Por ello, en la compañía D-Wave Systems se usa el truco del almendruco (o la cuenta de la vieja): Implementan un algoritmo de recocido clásico similar a su algoritmo con cubits y comparan los tiempos de ejecución. Su resultado es que su máquina es hasta 600 veces más rápida que un ordenador clásico de Intel.
Pero, cuidado, la estimación del tiempo de cómputo clásico usada por la compañía D-Wave no es la mejor posible y está sesgada (usan como Juan Palomo, el yo me lo guiso, yo me lo como). Muchos expertos critican este sesgo y acusan a D-Wave de falta de rigor. Gracias a dicho sesgo (ellos miden el tiempo a su manera, inventando su propia métrica), siempre su máquina aparenta ser más rápida (presenta un speedup superior a la unidad). Los expertos en computación cuántica no tienen dudas sobre la trampa (aunque cada nuevo artículo de D-Wave trata de esconder bajo la alfombra la cuestión).
En el nuevo artículo se usa una métrica de tiempos llamada TTT (time-to-target). Los tiempos de cálculo de su máquina (DW2X) se comparan con dos algoritmos clásicos para resolver el mismo problema: el recocido estimulado (SA) y el algoritmo de Hamze–de Freitas–Selby (HFS), ambos implementados por ellos en un ordenador (clásico) con un procesador Intel Xeon E5-2670. Como muestran las figuras de arriba, los tiempos de recocido TTTanneal de DW2X son entre 2 y 15 veces inferiores a los tiempos de SA y HFS. Además, el tiempo TTTtotal de DW2X es aproximadamente constante (como muestran las figuras de abajo), mientras que es monótono creciente para los algoritmos SA y HFS. Descontando los costes de entrada/salida (I/O), los autores del artículo estiman que DW2X es entre 8 y 600 veces más rápida que SA o HFS, cuyo coste es similar.
También presentan resultados con otra métrica propia para medir los tiempos, llamada STT (Samples-To-Target), cuyos resultados no son tan espectaculares. Como es obvio, todos estos resultados dependen mucho de la implementación concreta de los algoritmos HFS y SA realizada por D-Wave. Como siempre en ciencia, se requiere una validación independiente, pues lo más plausible es que la implementación desarrollada no sea la mejor posible en la actualidad. De hecho, en artículos previos D-Wave ha llegado a afirmar que implementa algoritmos clásicos próximos a su algoritmo cuántico para que la comparación sea más fiable; pero, claro, hecha la ley, hecha la trampa.
Un punto que me gustaría destacar a todos los lectores es que los autores del artículo no afirman que su máquina sea un ordenador cuántico y tampoco que logre un speedup cuántico (literalmente “we take special care here to emphasize that in this paper we do not address the issue of quantum speedup“); solamente comparan los tiempos de DW2X con los tiempos de un procesador clásico implementando dos algoritmos para el mismo problema (literalmente “but rather we treat the D-Wave processor as a computation platform and compare it with other platforms“). ¿Por qué? Muy sencillo, porque a nivel de publicidad de su compañía pueden decir que su máquina implementa el recocido cuántico (y tú como lector puedes creértelo, si quieres), pero en una revista científica no pueden afirmarlo (si quieren que los revisores acepten el artículo). Ya sabe que los expertos en computación cuántica son unos tiquismiquis.
En resumen, debemos darle la enhorabuena a los técnicos y físicos de D-Wave Systems que están logrando grandes mejoras en su máquina. Pero, cuidado, no lo olvidemos, no es un ordenador cuántico analógico, aunque use cubits. La razón es sencilla: aún no han sido capaces, ni siquiera, de demostrar que sus unidades de ocho cubits mantengan un estado coherente durante todo el cómputo; por supuesto, tampoco que sus más de 1000 cubits lo mantengan. Por tanto, su máquina no puede usar ningún tipo de speedup cuántico. No implementa un algoritmo de recocido cuántico. No es un ordenador cuántico analógico. Lo que no quita que sea una máquina clásica (no determinista) con una arquitectura de gran belleza (y un buen ejemplo de los avances en la integración en chip de uniones Josephson superconductoras).
La entrada La máquina D-Wave 2X supera los 1000 cubits útiles fue escrita en La Ciencia de la Mula Francis.