Para los aspirantes a programadores cuánticos que se rascan la cabeza sobre cómo saltar al juego a medida que proliferan las computadoras cuánticas y se vuelven accesibles al público, una nueva guía para principiantes brinda una introducción completa a los algoritmos cuánticos y su implementación en el hardware existente.
«Escribir algoritmos cuánticos es radicalmente diferente de escribir programas informáticos clásicos y requiere cierta comprensión de los principios cuánticos y las matemáticas detrás de ellos», dijo Andrey Y. Lokhov, científico del Laboratorio Nacional de Los Álamos y autor principal de la guía publicada recientemente en Transacciones ACM en computación cuántica. «Nuestra guía ayuda a los programadores cuánticos a iniciarse en el campo, que seguramente crecerá a medida que más y más computadoras cuánticas con más y más qubits se vuelvan comunes».
En secciones sucintas e independientes, la guía examina 20 algoritmos cuánticos, incluidos los famosos algoritmos cuánticos básicos, como el algoritmo de Grover para la búsqueda en bases de datos y mucho más, y el algoritmo de Shor para la factorización de números enteros. Haciendo la conexión con el mundo real, la guía guía a los programadores a través de la implementación de los algoritmos en la computadora cuántica IBMQX4 de 5 qubits disponible públicamente de IBM y otras. En cada caso, los autores analizan los resultados de la implementación y explican las diferencias entre el simulador y las ejecuciones de hardware reales.
«Este artículo fue el resultado de un esfuerzo de respuesta rápida del Instituto de Tecnología y Ciencia de la Información en Los Álamos, donde unos 20 miembros del personal del laboratorio se autoseleccionaron para aprender e implementar un algoritmo cuántico estándar en el sistema cuántico IBM Q», dijo Stephan Eidenbenz, científico senior de computación cuántica en Los Alamos, coautor del artículo y director de ISTI cuando comenzó a trabajar en él.
El objetivo era preparar a la fuerza laboral de Los Álamos para la era cuántica al guiar a los miembros del personal con poca o ninguna experiencia en computación cuántica a través de la implementación de un algoritmo cuántico en una computadora cuántica de la vida real, dijo Eidenbenz.
Estos miembros del personal, además de algunos estudiantes y expertos cuánticos bien establecidos, conforman la larga lista de autores de este artículo general de «fuente colectiva» que ya ha sido citado en gran medida, dijo Eidenbenz.
La primera sección de la guía cubre los conceptos básicos de la programación de computadoras cuánticas, explica los cúbits y los sistemas de cúbits, los conceptos cuánticos fundamentales de superposición y entrelazamiento y las mediciones cuánticas antes de abordar el material más profundo de las transformaciones y puertas unitarias, los circuitos cuánticos y los algoritmos cuánticos.
La sección sobre la computadora cuántica de IBM cubre el conjunto de puertas disponibles para los algoritmos, las puertas físicas reales implementadas, cómo se conectan los qubits y las fuentes de ruido o errores.
Otra sección analiza los diversos tipos de algoritmos cuánticos. A partir de ahí, la guía se sumerge en los 20 algoritmos seleccionados, con una definición del problema, una descripción y pasos para implementar cada uno en IBM o, en algunos casos, en otras computadoras.
Las extensas referencias al final de la guía ayudarán a los lectores interesados a profundizar en sus exploraciones de algoritmos cuánticos.
Instituto de Ciencia y Tecnología de la Información en el Laboratorio Nacional de Los Álamos a través del programa de Investigación y Desarrollo Dirigido por Laboratorio.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por DOE/Laboratorio Nacional de Los Álamos. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
