Thursday, February 19, 2015

QUANTUM COMPUTER



THE CHALLENGE: QUANTUM COMPUTERS

Academic researchers that try to build quantum computers, face enormous challenges. Some believe completing the construction of one of them could take 40 years, starting today. Difficulties: a) While a regular computer stores information using bits: 0s and 1s (for discernible movements, like: up-down, etc.), quantum computers would store information of millions of electrons with 0s and 1s, in superposition states (qubits), mobilized simultaneously in all directions, performing million of computations at the same time. b) Given the increasing exponential rate of calculations, many of these can be canceled by their exponential complexity, in order to protect the system. Interactions (intertwinning) of several qubits, can collapse an entire network of entangled qubits. c) Although the high speed and computational complexity prevent inserting in quantum computers, adequate control mechanisms, researchers   are gradually correcting software errors, especially in areas of entangled qubits, while the calculations are completed. d) At this time, most calculations are only possible at the end of quantum computing processes. e) Another form of control, is selecting the most frequent final answers, discarding the remaining as noise. f) Finally, exposure  of quantum computers  to the environment or human bodies -not accustomed to obey quantum laws-  not only deteriorates (quantum decoherence), calculations  of quantum computers, but induces quantum computers  to use again   regular binary calculations. Therefore, it is necessary to isolate quantum computers to operate and maintain their quantum coherence. Given these difficulties, some scholars are developing analogs of quantum computers with 16 digits base (qudits), assuming any number of states-d, for certain quantum calculations.  It is expected soon, that an analog quantum simulator can compute in seconds, quantum equations of motion of about 100 atoms. Using 16 digits base, it is possible to store 1  qudit in a single atom. With these achievements, it is expected to calculate the age of the universe in hours, the possible folds of particular proteins, predicting global climate change, etc. An analog simulator (2002) placed in the Max Planck Institute performed quantum equations of motion of atoms in superfluid and insulating systems and in cold trapped atoms.

EL DESAFIO: COMPUTADORAS CUÁNTICAS

La mayoría de investigadores académicos que intentan  construir computadoras cuánticas, enfrentan enormes  desafíos. Algunos creen que finalizar la construcción de una de ellas, podría demorar  40 años, a partir de hoy. Dificultades :  a) Mientras una computadora  regular almacena información empleando bits: 0s y 1s (para movimientos discernibles: arriba-abajo, etc.),  las computadoras cuánticas  almacenarían  información de millones de electrones en estados de superposición  :  0s y 1s a la vez (qubits), movilizándose  al mismo tiempo en todas  direcciones, realizando simultáneamente millones de computaciones.  b) Ante la  creciente velocidad exponencial de los cálculos, muchos de estos pueden ser cancelados por su propia complejidad exponencial, a fin de  proteger al sistema. Las interacciones (intertwinning),  de varios  qubits,  pueden colapsar  una red entera de  entangled qubits. c) Aunque la elevada   velocidad y complejidad de los cálculos, impiden  insertar en las computadoras cuánticas, adecuados mecanismos de control, poco a poco se  introducen  softwares de corrección de errores, especialmente en áreas de  entangled qubits,  mientras se   completan los cálculos. d) De momento, ciertos cálculos solo son posibles  al término de los procesos  de computación  cuántica. e) Otra forma de control es la selección de las respuestas finales   más frecuentes, descartando las restantes como ruido. f) Finalmente, el contacto con el medio ambiente o  cuerpos humanos  -no habituados a  obedecer leyes cuánticas- no solo deteriora (quantum decoherence), el  funcionamiento  de las  computadoras cuánticas, sino que induce a que estas  regresionen a  métodos de cálculos binarios regulares. Por ello, es  necesario aislar a las  computadoras cuánticas para que funcionen y mantengan su coherencia cuántica. Ante estas dificultades, algunos académicos desarrollan análogos de computadoras cuánticas con bases de 16 dígitos (qudits),  asumiéndose  cualquier número de estados-d, para realizar ciertos cálculos cuánticos.   Se espera  pronto, que un  simulador cuántico analógico pueda  computar en pocos segundos, ecuaciones cuánticas del movimiento de unos  100 átomos. Empleando  bases de  16 dígitos es posible almacenar 1 qudit, en un solo átomo. Con estos logros, se espera calcular  en horas la  edad del universo, los posibles pliegues de proteínas particulares, predecir  cambios climáticos globales, etc. Un simulador análogo (2002) del Instituto Max Planck,  ya  realiza ecuaciones cuánticas del movimiento de átomos en  superfluidos y aislantes y de  átomos atrapados en frio.

 


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