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Los científicos han logrado generar por primera vez números aleatorios reales utilizando un ordenador cuántico de 56 qubits.
En un estudio publicado en la revista Nature, los investigadores de JPMorganChase, Quantinuum, el Laboratorio Nacional de Argonne, el Laboratorio Nacional de Oak Ridge y la Universidad de Texas en Austin, utilizando un ordenador cuántico de 56 qubits, demostraron por primera vez la aleatoriedad certificada. Esto significa que un ordenador cuántico genera números aleatorios y utiliza un superordenador clásico para verificar que estos números son realmente aleatorios y que se han creado de nuevo.
Este es un paso muy importante en el camino hacia uso de ordenadores cuánticos en la resolución de problemas prácticos que actualmente son imposibles de aplicar mediante sistemas clásicos. El protocolo de aleatoriedad certificada fue propuesto por primera vez por Scott Aaronson es catedrático de Informática en la Universidad de Texas en Austin y director del Centro de Información Cuántica. Junto con el antiguo investigador Shih-Han Hung, desarrollaron un marco teórico y un soporte analítico para la demostración experimental.
«Cuando propuse por primera vez mi protocolo de aleatoriedad certificada en 2018, no tenía ni idea de cuánto tiempo tendría que esperar para verlo demostrado experimentalmente Desarrollar el protocolo original y comprenderlo es el primer paso hacia el uso de ordenadores cuánticos para crear bits aleatorios certificados para aplicaciones criptográficas del mundo real», — señala Scott Aaronson.
El año pasado, desarrolladores de Quantinuum y JPMorganChase, junto con un equipo de expertos de Google, han anunciado realizando tareas en sus ordenadores cuánticos la ventaja cuántica es un logro que no era posible con los superordenadores. Este logro se conoció como la ventaja cuántica. Sin embargo, trasladar esta potencia a la resolución de problemas prácticos seguía siendo un reto pendiente.
La solución se logró utilizando el muestreo cíclico aleatorio para generar aleatoriedad certificada. Esto es muy importante para muchas aplicaciones en el campo de la criptografía y la protección de datos.
Los ordenadores clásicos no son capaces de generar verdaderos números aleatorios por sí solos. Por este motivo, suelen estar conectados a un generador de números aleatorios por hardware. Sin embargo, los atacantes pueden acceder a este generador y utilizarlo para proporcionar al ordenador números no aleatorios. Esto se utiliza, en particular, para descifrar códigos criptográficos. Un protocolo de aleatoriedad certificado impide a los estafadores hacer esto incluso si consiguen acceder a un ordenador cuántico.
El equipo de desarrollo accedió remotamente a hasta un ordenador cuántico de 56 qubits Sistema Quantinuum Modelo H2 con iones capturados y bits aleatorios certificados generados En concreto, realizaron un protocolo certificado de extensión de la aleatoriedad basado en RCS que da como salida más números aleatorios de los que tiene como entrada.
El protocolo consta de dos etapas. En primer lugar, los investigadores cargaron repetidamente el ordenador cuántico con problemas complejos, exigiéndole que los resolviera con rapidez, algo que ni siquiera el superordenador más potente del mundo puede hacer. El ordenador cuántico podía resolver estos problemas eligiendo sólo una de las muchas soluciones posibles al azar.
La segunda etapa consistió en la certificación matemática de la aleatoriedad mediante superordenadores clásicos. En la práctica, se demostró que la aleatoriedad no puede simularse con superordenadores clásicos. Utilizando la certificación clásica en varios superordenadores avanzados con un rendimiento total de 1,1×10 18 operaciones en coma flotante por segundo (1,1 ExaFLOPS), el equipo consiguió certificar 71.313 bits de entropía.
«Este trabajo marca un hito importante en la computación cuántica, al demostrar la solución de un problema del mundo real utilizando un ordenador cuántico que va más allá de las capacidades de los superordenadores clásicos Este desarrollo de aleatoriedad certificada no sólo demuestra los avances en hardware cuántico, sino que también será vital para la investigación, el muestreo estadístico, la modelización numérica y la criptografía», — subrayó Jefe de Investigación e Ingeniería de Tecnología Aplicada Global en JPMorganChase Marco Pistoia.
En junio de 2024, Quantinuum actualizó su ordenador cuántico System Model H2 a 56 qubits con iones atrapados. El H2 mejoró en un factor 100 el estado actual de la técnica en este campo gracias a su gran precisión y a su conectividad global de qubits, lo que confirmó la conclusión de que el resultado no podía obtenerse en ningún ordenador clásico existente.
Los resultados del estudio se publican en la revista Nature
Fuente: SciTechDaily