Plataforma cuántica de IBM

Plataforma de computación cuántica en la nube

IBM Quantum Platform (anteriormente conocida como IBM Quantum Experience ) es una plataforma en línea que permite acceso público y premium a servicios de computación cuántica basados ​​en la nube proporcionados por IBM . Esto incluye acceso a un conjunto de prototipos de procesadores cuánticos de IBM, un conjunto de tutoriales sobre computación cuántica y acceso a un libro de texto interactivo. En febrero de 2021, hay más de 20 dispositivos en el servicio, seis de los cuales están disponibles gratuitamente para el público. Este servicio se puede utilizar para ejecutar algoritmos y experimentos , y explorar tutoriales y simulaciones sobre lo que podría ser posible con la computación cuántica .

Los procesadores cuánticos de IBM están formados por qubits transmon superconductores , ubicados en refrigeradores de dilución en la sede de IBM Research en el Centro de Investigación Thomas J. Watson . Los usuarios interactúan con un procesador cuántico a través del modelo de cálculo del circuito cuántico . Los circuitos se pueden crear gráficamente con Quantum Composer o mediante programación con los cuadernos Jupyter de Quantum Lab. Los circuitos se crean utilizando Qiskit y se pueden compilar en OpenQASM para su ejecución en sistemas cuánticos reales.

Historia

• El servicio se lanzó en mayo de 2016 como IBM Quantum Experience ^[1] con un procesador cuántico de cinco qubits y un simulador de coincidencia conectados en forma de estrella. En este momento, los usuarios sólo podían interactuar con el hardware a través de la GUI del compositor cuántico. Los circuitos cuánticos también se limitaron a las puertas específicas de dos qubits disponibles en el hardware.

• En julio de 2016, IBM lanzó el foro comunitario IBM Quantum Experience. Posteriormente fue reemplazado por un espacio de trabajo de Slack.

• En enero de 2017, IBM realizó una serie de adiciones a IBM Quantum Experience, ^[2] incluido el aumento del conjunto de interacciones de dos qubits disponibles en el procesador cuántico de cinco qubits, la expansión del simulador a topologías personalizadas de hasta veinte qubits y permitir los usuarios interactúen con el dispositivo y el simulador utilizando código de lenguaje ensamblador cuántico.

• En marzo de 2017, IBM lanzó Qiskit ^[3] para permitir a los usuarios escribir código y ejecutar experimentos más fácilmente en el procesador y simulador cuántico. También se agregó una guía de usuario para principiantes.

• En mayo de 2017, IBM puso a disposición un procesador adicional de 16 qubit en el servicio IBM Quantum. ^[4]

• En enero de 2018, IBM lanzó un programa de premios cuánticos, que organizó en IBM Quantum Experience. ^[5]

• En mayo de 2019, se realizó una gran revisión del servicio, incluida la adición de cuadernos Jupyter alojados en la web y la integración con el libro de texto Qiskit interactivo y en línea. ^[6]

• Después de un rediseño en marzo de 2021, se hizo una mayor distinción entre la GUI del compositor y los cuadernos Jupyter. El nombre IBM Quantum Experience se retiró en favor de los nombres separados IBM Quantum Composer e IBM Quantum Lab . ^[7] Ahora se llama colectivamente IBM Quantum Platform .

Compositor cuántico de IBM

Captura de pantalla que muestra el resultado de ejecutar un experimento de estado GHZ utilizando IBM Quantum Composer

Quantum Composer es una interfaz gráfica de usuario (GUI) diseñada por IBM para permitir a los usuarios construir varios algoritmos cuánticos o ejecutar otros experimentos cuánticos. Los usuarios pueden ver los resultados de sus algoritmos cuánticos ejecutándolos en un procesador cuántico real o utilizando un simulador. Los algoritmos desarrollados en Quantum Composer se denominan "partitura cuántica", en referencia a que Quantum Composer se asemeja a una partitura musical. ^[8]

El compositor también se puede utilizar en modo de secuencia de comandos, donde el usuario puede escribir programas en el lenguaje OpenQASM . A continuación se muestra un ejemplo de un programa muy pequeño, creado para la computadora IBM de 5 qubits . El programa ordena a la computadora que genere un estado cuántico , un estado de 3 qubits GHZ , que puede considerarse como una variante del estado de Bell , pero con tres qubits en lugar de dos. Luego mide el estado, obligándolo a colapsar hacia uno de los dos resultados posibles, o . ${\displaystyle |\Psi \rangle ={\frac {1}{\sqrt {2}}}\left(|000\rangle +|111\rangle \right)}$ ${\displaystyle |000\rangle }$ ${\displaystyle |111\rangle }$

incluya "qelib1.inc" qreg q [ 5 ]; // asigna 5 qubits (se establece automáticamente en |00000>) creg c [ 5 ]; // asigna 5 bits clásicos     h q [ 0 ]; // Qubit de transformación de Hadamard 0 cx q [ 0 ], q [ 1 ]; // transformada X de pauli condicional (es decir, "CNOT") de los qubits 0 y 1 // En este punto tenemos un estado Bell de 2 qubits (|00> + |11>)/sqrt(2)      cx q [ 1 ], q [ 2 ]; // esto expande el entrelazamiento al tercer qubit   medida q [ 0 ] -> c [ 0 ]; // esta medida colapsa toda la medida de estado de 3 qubits q [ 1 ] -> c [ 1 ]; // por lo tanto, los qubit 1 y 2 leen el mismo valor que la medida del qubit 0 q [ 2 ] -> c [ 2 ];           

Cada instrucción en el lenguaje QASM es la aplicación de una puerta cuántica , la inicialización de los registros del chip a cero o la medición de estos registros.

Uso

• En 2018, IBM informó que había más de 80.000 usuarios de IBM Quantum Experience, que en conjunto habían realizado más de 3 millones de experimentos. ^[9]

• Muchos artículos académicos han sido publicados por investigadores que han realizado experimentos utilizando el servicio. ^{[10] [11] [12] [13 ] [14 ] [15] [16] [17] [18] [ 19] [20] [ 21] [22] [23 ] [24] [25] [26 ] [27]}

Referencias

1. "IBM hace que la computación cuántica esté disponible en IBM Cloud para acelerar la innovación". 2016-05-04.
2. "Actualización de la experiencia IBM Quantum". Archivado desde el original el 29 de enero de 2019 . Consultado el 6 de abril de 2017 .
3. "La computación cuántica obtiene una API y un SDK". 2017-03-06.
4. "Acceda beta a nuestra actualización a IBM QX". Archivado desde el original el 31 de enero de 2019 . Consultado el 19 de mayo de 2017 .
5. "Ya abierto: prepárese para la tecnología cuántica con nuevos premios científicos para profesores, estudiantes y desarrolladores". IBM . 2018-01-14.
6. "IBM presenta la versión beta de la plataforma de desarrollo cuántico de próxima generación". IBM . 2021-02-10.
7. "Anuncio de IBM Quantum Composer and Lab". 2021-03-02.
8. "Experiencia IBM Quantum". Experiencia Cuántica . IBM. Archivado desde el original el 25 de mayo de 2018 . Consultado el 3 de julio de 2017 .
9. "IBM colabora con las principales empresas emergentes para acelerar la computación cuántica". IBM . 2018-04-05.
10. "Documentos de la comunidad QX". Archivado desde el original el 22 de marzo de 2019 . Consultado el 24 de mayo de 2018 .
11. "Investigación del IBM Quantum Hub en la Universidad de Melbourne". 20 de abril de 2021.
12. Rundle, RP; Tilma, T.; Sansón, JH; Everitt, MJ (2017). "La reconstrucción del estado cuántico es sencilla: un método directo para la tomografía". Revisión física A. 96 (2): 022117. arXiv : 1605.08922 . Código Bib : 2017PhRvA..96b2117R. doi : 10.1103/PhysRevA.96.022117.
13. Corbett Moran, Christine (29 de junio de 2016). "Quintuple: un simulador de computadora cuántica de 5 qubits de Python para facilitar la computación cuántica en la nube". arXiv : 1606.09225 [cuántico-ph].
14. Huffman, Emilia; Mizel, Ari (29 de marzo de 2017). "Violación del macrorrealismo no invasivo por un qubit superconductor: implementación de una prueba de Leggett-Garg que aborda la laguna jurídica de la torpeza". Revisión física A. 95 (3): 032131. arXiv : 1609.05957 . Código Bib : 2017PhRvA..95c2131H. doi : 10.1103/PhysRevA.95.032131.
15. Deffner, Sebastián (23 de septiembre de 2016). "Demostración de invariancia asistida por entrelazamiento en la experiencia cuántica de IBM". Heliyón . 3 (11): e00444. arXiv : 1609.07459 . doi : 10.1016/j.heliyon.2017.e00444 . PMC 5683883 . PMID  29159322. 
16. Huang, He-Liang; Zhao, You-Wei; Li, bronceado; Li, Feng-Guang; Du, Yu-Tao; Fu, Xiang-Qun; Zhang, Shuo; Wang, Xiang; Bao, Wan-Su (9 de diciembre de 2016). "Experimentos de cifrado homomórfico en la plataforma de computación cuántica en la nube de IBM". Fronteras de la Física . 12 (1): 120305. arXiv : 1612.02886 . Código Bib : 2017FrPhy..12l0305H. doi :10.1007/s11467-016-0643-9. S2CID  17770053.
17. Wootton, James R (1 de marzo de 2017). "Demostración del trenzado no abeliano de defectos de código de superficie en un experimento de cinco qubits". Ciencia y tecnología cuánticas . 2 (1): 015006. arXiv : 1609.07774 . Código Bib : 2017QS&T....2a5006W. doi :10.1088/2058-9565/aa5c73. S2CID  44370109.
18. Fedortchenko, Serguei (8 de julio de 2016). "Un experimento de teletransportación cuántica para estudiantes universitarios". arXiv : 1607.02398 [cuántico-ph].
19. Berta, Mario; Wehner, Stephanie; Wilde, Mark M (6 de julio de 2016). "Incertidumbre entrópica y reversibilidad de la medida". Nueva Revista de Física . 18 (7): 073004. arXiv : 1511.00267 . Código Bib : 2016NJPh...18g3004B. doi :10.1088/1367-2630/18/7/073004. S2CID  119186679.
20. Li, Rui; Álvarez-Rodríguez, Unai; Lamata, Lucas; Solano, Enrique (23 de noviembre de 2016). "Sumadores cuánticos aproximados con algoritmos genéticos: una experiencia cuántica de IBM". Medidas Cuánticas y Metrología Cuántica . 4 (1): 1–7. arXiv : 1611.07851 . Código Bib : 2017QMQM....4....1L. doi :10.1515/qmetro-2017-0001. S2CID  108291239.
21. Hebenstreit, M.; Alsina, D.; Latorre, JI; Kraus, B. (11 de enero de 2017). "Computación cuántica comprimida utilizando IBM Quantum Experience". Física. Rev. A. 95 (5): 052339. arXiv : 1701.02970 . doi : 10.1103/PhysRevA.95.052339. S2CID  118958024.
22. Alsina, Daniel; Latorre, José Ignacio (11 de julio de 2016). "Prueba experimental de desigualdades de Mermin en una computadora cuántica de cinco qubits". Revisión física A. 94 (1): 012314. arXiv : 1605.04220 . Código Bib : 2016PhRvA..94a2314A. doi : 10.1103/PhysRevA.94.012314. S2CID  119189277.
23. Linke, Norberto M.; Máslov, Dmitri; Roetteler, Martín; Debnath, Shantanu; Figgatt, Carolina; Landsman, Kevin A.; Wright, Kenneth; Monroe, Christopher (28 de marzo de 2017). "Comparación experimental de dos arquitecturas de computación cuántica". Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias . 114 (13): 3305–3310. arXiv : 1702.01852 . Código Bib : 2017PNAS..114.3305L. doi : 10.1073/pnas.1618020114 . PMC 5380037 . PMID  28325879. 
24. Devitt, Simon J. (29 de septiembre de 2016). "Realización de experimentos de computación cuántica en la nube". Revisión física A. 94 (3): 032329. arXiv : 1605.05709 . Código Bib : 2016PhRvA..94c2329D. doi : 10.1103/PhysRevA.94.032329. S2CID  119217150.
25. Steiger, Damián; Haner, Thomas; Troyer, Matías (2018). "ProjectQ: un marco de software de código abierto para la computación cuántica". Cuántico . 2 : 49. arXiv : 1612.08091 . Código Bib : 2018 Quant... 2... 49S. doi :10.22331/q-2018-01-31-49. S2CID  6758479.
26. Santos, Alan C. (2017). "El Computador Quântico da IBM y IBM Quantum Experience". Revista Brasileira de Ensino de Física . 39 (1). arXiv : 1610.06980 . doi :10.1590/1806-9126-RBEF-2016-0155.
27. Caicedo-Ortiz, ÉL; Santiago-Cortés, E. (2017). "Construyendo compuertas cuánticas con la computadora cuántica en la nube de IBM" [Construyendo puertas cuánticas con la computadora cuántica en la nube de IBM] (PDF) . Revista de Ciencia e Ingeniería (en español). 9 : 42–56. doi : 10.46571/JCI.2017.1.7 .

enlaces externos

• Plataforma cuántica de IBM