El procesador de 256 cúbits de Pasqal halla en un imán cuántico una ralentización que la teoría no predijo

Pasqal afirma que su procesador de átomos neutros de 256 cúbits ha revelado en un imán cuántico bidimensional un comportamiento que la teoría actual no había anticipado. En un preprint publicado junto con el Center for Computational Quantum Physics del Flatiron Institute, la Universidad de Augsburgo, el Forschungszentrum Jülich, la Universidad de Ratisbona y el Institut d'Optique–CNRS, el equipo informa de que, en ciertas condiciones, el imán tarda mucho más de lo esperado en estabilizarse tras una perturbación repentina, en un régimen en el que los principales métodos de simulación clásica dejan de coincidir entre sí.

Qué se anunció

Pasqal anunció el resultado el 27 de octubre y publicó en arXiv el artículo Exploring the Relaxation Landscape of a 2D Quantum Magnet on a 256-Qubit Processor. La empresa lo presenta como un paso de usar procesadores cuánticos para reproducir física conocida a usarlos para descubrir comportamientos que los investigadores no habían previsto. El trabajo se basa en otro anterior en el que la misma máquina reprodujo el comportamiento de un cristal magnético real.

Los detalles técnicos

El experimento dispuso 256 átomos de rubidio-87 en una matriz cuadrada de 16×16 y utilizó el estado fundamental y un estado de Rydberg de cada átomo como cúbit. El sistema simuló el modelo de Ising bidimensional con campo transversal, un modelo de referencia del magnetismo. Partiendo de un estado totalmente polarizado, los investigadores cambiaron bruscamente el hamiltoniano, lo que se conoce como "quench", y observaron cómo se relajaban las correlaciones para distintas proporciones entre el campo transversal y la intensidad de la interacción.

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Encontraron tres regímenes. Cerca de la transición de fase dinámica, en torno a una proporción de 2,5, el sistema se termalizó con rapidez. Con un campo intenso de 6,0 se asentó en una meseta pretérmica de larga duración descrita por un modelo efectivo de tipo XY. En un valor intermedio de 3,5, la relajación se ralentizó notablemente y las correlaciones se mantuvieron lejos de sus valores térmicos mucho más allá de la escala de tiempo habitual. Los autores escriben que aún no tienen una explicación clara para esta ralentización.

Para comprobar los datos, el equipo los comparó con tres métodos de redes tensoriales: redes tensoriales bidimensionales, estados de producto de matrices y redes tensoriales en árbol. Los tres coincidieron con el procesador en los primeros instantes y luego se alejaron de las mediciones y entre sí en tiempos posteriores. Los resultados del procesador se mantuvieron coherentes a medida que crecía el tamaño del sistema. El modelado del ruido, la corrección de errores de medición y simulaciones exactas en redes de 5×5 respaldaron la conclusión de que la ralentización refleja física de muchos cuerpos y no un artefacto del hardware.

Por qué importa

Cómo se relajan lejos del equilibrio los sistemas cuánticos interactuantes en dos dimensiones es un problema abierto y difícil, y es el tipo de cuestión en la que se espera que los simuladores cuánticos analógicos resulten útiles. Pasqal y sus socios aclaran explícitamente que el trabajo no demuestra una ventaja cuántica computacional. En cambio, lo presentan como prueba de que estos procesadores pueden servir como herramientas científicas complementarias allí donde la teoría y la simulación numérica clásica tienen dificultades.

"No nos limitamos a reproducir lo que ya sabemos, sino que descubrimos comportamientos que no esperábamos", dijo Loïc Henriet, CTO de Pasqal.

Qué vigilar

El artículo es un preprint, así que los próximos pasos son la revisión por pares y los intentos de otros grupos, tanto experimentales como clásicos, por explicar la ralentización. Los autores presentan las matrices de átomos de Rydberg como una plataforma clave para las cuestiones abiertas que identifican, y afirman que las mejoras en curso de los tiempos de coherencia abren el camino a análisis sistemáticos de escalado en tamaño y tiempo finitos.