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El arma secreta del recocido cuántico: ¡el principio mágico que supera al recocido clásico!
Muchos científicos e ingenieros enfrentan desafíos difíciles en la búsqueda de soluciones óptimas. Los algoritmos de recocido clásicos han ayudado a las personas a resolver muchos problemas de optimización complejos, pero con el aumento de los requisitos informáticos, la computación cuántica parece proporcionar una solución completamente nueva a este problema. El recocido cuántico es un proceso de optimización basado en los principios de la mecánica cuántica, cuyo objetivo es encontrar el mínimo global de una función objetivo determinada, y ha demostrado su superioridad en muchos campos.
El recocido cuántico fue propuesto por primera vez por B. Apolloni y sus colegas en 1988. Después de varios desarrollos, T. Kadowaki y H. Nishimori propusieron su forma integral en 1998. Explota los efectos de superposición y túnel de la mecánica cuántica para permitir pruebas cuánticas paralelas del sistema entre todos los estados posibles.
El recocido cuántico comienza desde el estado de superposición total de la mecánica cuántica, evoluciona a través de la ecuación de Schrödinger impulsada por el tiempo y utiliza el fenómeno de túnel cuántico para saltar del mínimo local.
En comparación con el recocido simulado clásico, el recocido cuántico tiene una ventaja clave: la intensidad de su campo de túnel hace que la evolución del sistema ya no dependa únicamente de la distribución de energía del estado actual, sino que pueda transferirse aleatoriamente a través del túnel. Esto permite que el recocido cuántico supere al recocido simulado en algunos problemas, especialmente cuando se trata de problemas de optimización combinatoria con muchos mínimos locales.
La intensidad del campo del túnel del recocido cuántico es similar al parámetro de temperatura en el recocido simulado, pero la ventaja del recocido cuántico es que puede cambiar la amplitud en paralelo en todos los estados.
El campo de túneles en mecánica cuántica es básicamente un término de energía cinética de energía potencial. En algunas barreras de potencial altas y delgadas, las perturbaciones térmicas no podrán empujar eficazmente el sistema a través de la barrera, pero el túnel cuántico puede ser efectivo. Las investigaciones muestran que el recocido cuántico puede mostrar una mayor eficiencia en estas circunstancias.
Para promover el desarrollo de esta tecnología, D-Wave Systems lanzó la primera máquina comercial de recocido cuántico, D-Wave One, en 2011, marcando una nueva etapa en la comercialización de la computación cuántica. Posteriormente, con el avance de la tecnología, D-Wave continuó actualizando sus equipos y lanzó computadoras cuánticas más potentes dedicadas a resolver problemas prácticos de optimización.
Las investigaciones muestran que D-Wave 2X puede mejorar el rendimiento 100.000.000 veces en comparación con los métodos de recocido simulado y Monte Carlo cuántico cuando se trata de problemas de optimización difíciles.
Sin embargo, aunque la tecnología de recocido cuántico de D-Wave es apasionante, algunos estudios muestran que su eficacia real aún necesita más pruebas. Por ejemplo, en un estudio, los investigadores descubrieron que las obleas D-Wave no mostraban ningún signo de aceleración cuántica, lo que plantea desafíos para el futuro desarrollo de la computación cuántica.
En las últimas investigaciones, los científicos están trabajando arduamente para resolver el problema de la "aceleración cuántica" y determinar bajo qué circunstancias las computadoras cuánticas pueden superar a las computadoras tradicionales. A medida que se realizan más investigaciones, se exploran nuevas clases de problemas, como por ejemplo si existen problemas de optimización no tradicionales adecuados para resolver mediante computación cuántica.
Ante la rápida evolución de la tecnología, el potencial del recocido cuántico todavía se está explorando y debatiendo. Podemos esperar que con el mayor desarrollo de la tecnología informática en el futuro, el recocido cuántico nos proporcione nuevas perspectivas y métodos para resolver problemas más complejos.
A medida que aprendemos más sobre el recocido cuántico, ¿cómo cambiará esta tecnología nuestra comprensión y soluciones a los problemas informáticos?
