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Francis VillatoroHéctor SocasGastón Giribetcomputación cuántica con fotones ópticospérdidas en tecnología de fotonesguía óptica transparente y fotón ópticofrancis villatoro explica pérdidaschips micrométricos ordenador cuántico fotónicodistancia del fotón en operación mínimapérdidas en chips pequeñosfibra óptica varios decibelios metroFrancis VillatoroCaoPremio NobelNatureChanaduAuroraHéctor SocasGoogleSycamore84 modos estrechados12 qubits100 qubitsGastón GiribetGottesmanKitáezPreskillUniversidad de CaliforniaPhysical Review LettersPRL
Pérdidas en ordenadores cuánticos fotónicos
Con
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Francis Villatoro explica las limitaciones de la computación cuántica con fotones ópticos, destacando el problema significativo de las pérdidas en esta tecnología.
…trabajamos con unos cientos de millones de modos estrechados. Se ha trabajado solo con 84. Hay que trabajar con cientos de millones. Y eso en módulos, en racks, significa unas decenas de miles de racks; los cuatro, y imagina, hay que poner decenas de miles. Pero es que resulta que esto también es un prototipo, porque el gran problema que tiene esta tecnología, la gran problema que tiene la tecnología de computación cuántica con fotones, con fotones ópticos, incluso con los estrechados, es el problema de las pérdidas; las pérdidas son enormes. He dicho antes que el fotón óptico es más grande que la guía, es decir, el fotón óptico está pasando por un material, guiado por una cosa óptica transparente, pero está cubriendo una región muy grande. Las pérdidas son enormes, pero pérdidas absolutamente terribles. Por fortuna, estos chips son muy cortitos; son muy pequeñitos; son micrométricos; son chips muy pequeños, entonces la distancia que recorre el fotón mientras opera, pues es muy cortita y más o menos aguanta lo mínimo, lo mínimo que pueda aguantar, pero aguanta casi nada. Eso es una cosa absolutamente fascinante; estamos hablando de pérdidas. del orden del 95%, estamos hablando de pérdidas de varios decibelios por metro, en una fibra óptica Quería hacerte una pregunta, yo no leí el artículo, pero quería saber si dicen algo, no hay ningún prospecto acerca de esto, podría ser lograble en 15 años, hablan de tiempo, ¿no? No, las empresas no fijan tiempos, pero lo que sugiere la empresa, y además en su blog de la empresa lo dicen, es que, hombre, con la inversión económica adecuada, esto se puede acelerar, van por el buen camino, ¿vale? Están publicando el Nature ¿eh? Que acaban de publicar el Nature ¿eh señores? Que no es moco de pavo, que no cualquiera publica el Nature ¿eh? Entonces esto está como avalado por la comunidad científica, la comunidad científica dice que esto va para adelante…
Significado #1 · Palabras #4
Tras discutir sobre conceptos espaciales y referencias literarias, Héctor Socas introduce un nuevo tema: los ordenadores cuánticos fotónicos Aurora, preguntando a Francis Villatoro sobre el tema.
Habla: Francis VillatoroPalabras #5ordenadores cuánticos fotónicos auroratecnología de cubis fotónicosóptica lineal y mecánica cuánticafotón en óptica cuántica…a nuestro espacio tridimensional luego de su viaje, pero con el corazón del lado derecho. Muy bueno, muy bueno. Tenía ideas interesantes H. G. Wells. Eso es lo bonito, yo creo, de la ciencia ficción: el poder plantear ideas originales. Sí, sí, muy bien. Vale, pues siguiente tema, ¿cuál es el siguiente tema? Ah sí, Francis, este ordenador cuántico fotónico Aurora, ¿no? Bueno, este paper sobre cómo debería ser un ordenador fotónico Sí, esto es un tema curioso, a veces es difícil de explicar ese tipo de tecnología es una tecnología, la tecnología de cubis fotónicos que ha tenido ciertos éxitos en una línea que es la línea de la óptica lineal, el hecho de poder, la mecánica cuántica es básicamente una teoría lineal, entonces si tú en óptica cuántica que utilizas fotones, en óptica cuántica el concepto de fotón no tiene nada que ver con la partícula, ¿vale? O sea, cuando hablamos de fotón en una fibra óptica, en una guía de ondas, microintegrada, en un circuito óptico en plan chip, que son los que se utilizan en este tipo de ordenadores, lo que se propaga no es un fotón; lo que se propaga es lo mismo que en un…
Francis Villatoro explica que los modos guiados en ordenadores cuánticos fotónicos Aurora se comportan como objetos cuánticos y él los denomina 'fotones', aunque aclara que no son partículas fundamentales.
Habla: Francis VillatoroPalabras #8modos guiados ordenadores cuánticos aurorafotones ópticos francis villatoropartículas fundamentales fotones aurora…yo hablo de electrones en un sólido no hablo de electrones, hablo de cuasipartículas tipo electrón. Aquí en una guía lo que se propaga es un modo, un modo guiado; entonces, un modo guiado en cierto sentido, es una especie de cuasi partícula hecha de fotones. Pero esos modos guiados en ciertas circunstancias se comportan como objetos cuánticos y yo les llamo fotones. Entonces, cuando hablo de óptica cuántica, hablo de fotones ópticos. Se suele usar la palabra fotón sin ponerle ningún adjetivo, pero hay que tener en cuenta eso: de que no son, en rigor, no son partículas fundamentales. Bien, utilizando tecnologías fotónicas ya ha habido bastantes artículos desde 2019 con el tema de, ¿os acordáis de la, bueno, ahora hay que decir ventaja cuántica? En su momento se dijo supremacía cuántica, pero bueno, a los anglosajones les molesta la…
Francis Villatoro explica cómo un equipo chino logró la supremacía cuántica el año siguiente a Google, utilizando ordenadores fotónicos para resolver un problema específico: el muestreo de bosones.
Habla: Francis VillatoroPalabras #6ordenadores fotónicos equipo chinomuestreo de bosones algoritmo concretosycamore google supremacía cuánticafotones entrelazados fibra óptica…con el tema de, ¿os acordáis de la, bueno, ahora hay que decir ventaja cuántica? En su momento se dijo supremacía cuántica, pero bueno, a los anglosajones les molesta la palabra supremacía, así que a nosotros no, nos molesta, pero bueno, ventaja cuántica. Cuando surgió la ventaja cuántica de Sycamore de Google, un ordenador con 54, perdón, 53 qubits útiles tenía 54 pero había uno que no funcionaba, lograron la supremacía cuántica. Justo el año siguiente se logró la supremacía cuántica, un equipo de chinos utilizando ordenadores fotónicos, utilizando un ordenador de propósito específico, un ordenador cuántico que resuelve un algoritmo, un problema concreto, que es el problema del muestreo de bosones. Es un muestreo gaussiano de bosones. Es un algoritmo concreto que se puede implementar usando fibra óptica y fotones en los que yo tengo dos canales, entonces yo cojo fotones, genero una pareja de fotones entrelazados. Los meto en dos guías que van paralelas y yo no sé dónde está cada fotón y yo puedo interferir ambos, hacer un interferómetro; puedo unir esas dos guías y entonces tengo las dos guías con una letra X. Se unen las dos guías en el vértice y continúan. Yo como…
Francis Villatoro describe la apariencia física de un ordenador cuántico fotónico publicado en Nature, comparándolo con una serie de racks de ordenadores.
Habla: Francis VillatoroSignificado #11 · Palabras #12ordenador cuántico fotónico natureláseres generan 84 modos estrechadosfases necesarias para ordenador cuántico universaltecnología escalable de 12 qubits…lo puedes ver un poco más bonito, pero eso suelen ser cosas bastante, pero no, una empresa privada, entonces lo que nos ha presentado son cuatro muebles. Habéis visto los racks de ordenadores, cuando tengo que poner muchos ordenadores, pues pongo como un Mueble y pongo los ordenadores unos apilados, que son placas, básicamente las placas; no pongo las cajas, ni pongo teclado, ni pongo pantalla, sino que pongo así un rack de ordenadores. Bueno, pues han publicado la foto de cuatro racks de ordenadores de este ordenador cuántico fotónico. El primero está lleno de láseres, que son los que generan esos 84 modos estrechados, y después los otros tres implementan las diferentes fases que son necesarias para ejecutar este ordenador cuántico universal de 12 qubits; es que su tecnología es escalable y te dicen, y Esto la gente se ha vuelto loca, pero escalable. Pero ¿qué maravilla? Es que lo pone el artículo: el artículo pone: bueno, esto cuando queramos lo escalamos hasta 100 qubits sin ningún problema, ¿vale? Es como nos podemos escalar a 1,1. O sea, de 12 pasar a…
Francis Villatoro explica las limitaciones de la computación cuántica con fotones ópticos, destacando el problema significativo de las pérdidas en esta tecnología.
Habla: Francis VillatoroSignificado #1 · Palabras #4computación cuántica con fotones ópticospérdidas en tecnología de fotonesguía óptica transparente y fotón ópticofrancis villatoro explica pérdidaschips micrométricos ordenador cuántico fotónicodistancia del fotón en operación mínimapérdidas en chips pequeñosfibra óptica varios decibelios metro…trabajamos con unos cientos de millones de modos estrechados. Se ha trabajado solo con 84. Hay que trabajar con cientos de millones. Y eso en módulos, en racks, significa unas decenas de miles de racks; los cuatro, y imagina, hay que poner decenas de miles. Pero es que resulta que esto también es un prototipo, porque el gran problema que tiene esta tecnología, la gran problema que tiene la tecnología de computación cuántica con fotones, con fotones ópticos, incluso con los estrechados, es el problema de las pérdidas; las pérdidas son enormes. He dicho antes que el fotón óptico es más grande que la guía, es decir, el fotón óptico está pasando por un material, guiado por una cosa óptica transparente, pero está cubriendo una región muy grande. Las pérdidas son enormes, pero pérdidas absolutamente terribles. Por fortuna, estos chips son muy cortitos; son muy pequeñitos; son micrométricos; son chips muy pequeños, entonces la distancia que recorre el fotón mientras opera, pues es muy cortita y más o menos aguanta lo mínimo, lo mínimo que pueda aguantar, pero aguanta casi nada. Eso es una cosa absolutamente fascinante; estamos hablando de pérdidas. del orden del 95%, estamos hablando de pérdidas de varios decibelios por metro, en una fibra óptica Quería hacerte una pregunta, yo no leí el artículo, pero quería saber si dicen algo, no hay ningún prospecto acerca de esto, podría ser lograble en 15 años, hablan de tiempo, ¿no? No, las empresas no fijan tiempos, pero lo que sugiere la empresa, y además en su blog de la empresa lo dicen, es que, hombre, con la inversión económica adecuada, esto se puede acelerar, van por el buen camino, ¿vale? Están publicando el Nature ¿eh? Que acaban de publicar el Nature ¿eh señores? Que no es moco de pavo, que no cualquiera publica el Nature ¿eh? Entonces esto está como avalado por la comunidad científica, la comunidad científica dice que esto va para adelante…
Francis Villatoro continúa explicando los problemas inherentes a la tecnología de ordenadores cuánticos fotónicos, específicamente las significativas pérdidas que experimentan.
Habla: Francis VillatoroSignificado #10 · Palabras #2fotones ópticos estrechados chanadupérdidas inherentes tecnología fotónicaoperaciones generan pérdidas fotónicaslectura de datos genera pérdidasexperimento ordenador cuántico fotónicofotones generados con láser86 millones de experimentos en dos horaspérdidas inherentes a la tecnologíapérdidas de varios decibeliosfibra óptica y comunicacionesempresas enfrentan pérdidas significativasempresa trivialidad técnicaordenadores cuánticos fotónicos líneatemperatura ambiente ordenadores cuánticoscriogenia superconductores milikelvingeneración de fotones estrechados temperatura…está escrito sobre el negro sobre el blanco entonces y lo que está dicho es que lo podemos escalar y podemos llegar hasta 100 qubits y van a ser qubits robustos y van a ser maravillosos entonces ya os digo esto no se lo cree nadie, no se lo creen ni ellos. O sea, no tiene mucho sentido; entonces, os comentaba, ya se me ha ido un poco el hilo. Perdona, intento recuperar lo que estaba comentando: este tipo de tecnología, el gran problema que tiene son las pérdidas. Las pérdidas, todos los procesos, es un proceso complicado; la generación de estos fotones ópticos estrechados, estos modos estrechados, el operar, cada operación que hago sobre uno de ellos también genera pérdidas; la lectura de los datos genera pérdidas, todo genera pérdidas y las pérdidas dicen: bueno, son pérdidas, el 95% se pierde. Entonces han tenido que repetir el experimento, claro, lo bueno es que es óptico y es muy rápido, yo con un láser genero una cantidad de fotones increíbles en poco tiempo Dicen, hemos hecho el experimento 86 millones de veces en dos horas, para que unas pocas veces no funcionara, unas pocas veces, ni siquiera dicen cuantas les ha funcionado y ahí sacan las estadísticas, ¿no? De que esto funciona, señores, esto funciona. Cuando tenemos suerte y las pérdidas nos dejan vivir y logramos hacer todo lo que tenemos que hacer, pero claro, tenemos que repetir muchas veces porque normalmente falla garrafalmente. Las pérdidas son absolutamente terribles. Estamos hablando de pérdidas de varios decibelios. A todas las empresas el gran problema siempre es las pérdidas. Eso estamos hablando de varios decibelios por metro de pérdidas, cuando en fibra óptica la fibra óptica empezó a ser usada para comunicaciones cuando se bajó de la barrera. De 0,2 decibelios por kilómetro. O sea que estamos hablando de pérdidas 4.000 veces mayores que las que hay en fibra óptica. Claro, tú dices, a priori se pueden bajar esas pérdidas, pues no se sabe; no se sabe, puede que sí. Todos deseamos, todos soñamos con eso y, por supuesto, la empresa afirma que eso va a ser una trivialidad; es un empeño previamente técnico. Hemos avanzado muchísimo en los últimos cinco años y seguro que vamos a seguir avanzando muchísimo en los siguientes lustros y décadas y lo lograremos. Entonces, bueno, es un tema muy interesante porque ya no es en ordenadores cuánticos fotónicos que usan óptica lineal y que tienen muchas ventajas; por ejemplo, aquí esto va a temperatura ambiente. Esto no son ordenadores superconductores en los que tengo que trabajar todo en criogenia, a pocos milikelvin, no, esto va a temperatura ambiente, bueno, casi todo; casi todo, obviamente la generación de los fotones estrechados pues conviene hacerla a la menor temperatura posible y la detección fotón a fotón, los detectores, también conviene que estén enfriados, ¿vale? O sea que tengo que meter criogenia, ¿vale? Pero bueno, no es una criogenia de Emil y Kelvin, con trabajar al helio líquido ya es suficiente ¿vale? Tanto en detección aquí lo destacan en la parte de detección los detectores son criogénicos, pero ya hay investigaciones de otros equipos que hablan de…
Francis Villatoro continúa hablando sobre los ordenadores cuánticos fotónicos, comparando las pérdidas actuales con las experimentadas en fibra óptica, mencionando a Cao, quien recibió el Premio Nobel por sus contribuciones teóricas.
Habla: Francis VillatoroSignificado #2 · Palabras #7pérdidas en ordenadores cuánticos fotónicosfibra óptica y pérdidas de caopremio nobel a cao por tecnologíaartículo teórico de caocristales de silicio ultrapurosfibra óptica explosión comercialordenador de 100 qubitsmodos estrechados sistema…Aquí dicen que no: que no han usado criogenia en generación, porque solo han generado esos 86 modos. Pero en cualquier caso es una tecnología muy prometedora, que no hay que perder la vista de que está ahí, y es una tecnología que si se resuelve el problema. De las pérdidas, que ya veremos si se puede resolver o no, porque en fibra óptica las pérdidas eran del orden de 2 decibelios por kilómetro cuando lo hizo Cao, el que recibió el premio Nobel por ello, que definió la tecnología y acabó recibiendo el premio Nobel de física por haber definido la tecnología sin hacer nada. Sólo escribió un artículo teórico proponiendo cómo había que hacer las cosas, ¿no? Dijo, dio las claves de lo que había que hacer y dijo, y la clave es fundamental de todo y Definitiva es cristales de silicio ultrapuros, súper transparentes, que me bajen de 2 decibelios por kilómetro a 0,2 decibelios por kilómetro; eso fue lo que se logró a principios de los 70 y fue ya la explosión del uso comercial de la fibra óptica. Aquí, claro, tenemos que bajar de varios decibelios por metro, pues no sé, a 10 a la menos 9 decibelios por metro, o sea, tenemos que bajar una barbaridad para poder trabajar con un ordenador de 100 qubits, porque, repito, estamos hablando de trabajar con cientos de millones de modos estrechados en un sistema; claro, además quiero operar con 100 qubits, porque con 100 qubits no quiero hacer 3 o 4 operaciones, que es lo que se hace aquí, se hacen muy poquitas operaciones. Hombre, con 100 hubo que rehacer del orden de 100 operaciones. Quiero tener un volumen cuántico; incluso si quiero hacer algo útil, lo mismo necesito varios miles de operaciones. Necesito poder operar en una longitud mucho más grande y es un tema que habrá…
Francis Villatoro argumenta que la tecnología de ordenadores cuánticos fotónicos, inicialmente limitada a problemas específicos como el muestreo gaussiano de bosones, merece atención continua.
Habla: Francis VillatoroSignificado #19 · Palabras #11ordenadores cuánticos fotónicosfrancis villatoro tecnología cuántica…de 100 operaciones. Quiero tener un volumen cuántico; incluso si quiero hacer algo útil, lo mismo necesito varios miles de operaciones. Necesito poder operar en una longitud mucho más grande y es un tema que habrá que controlar a ver qué pasa en el futuro. Pero bueno, es una tecnología que no debemos de perder de vista, que mucha gente no le valoraba, no le daba el suficiente valor porque era una tecnología que solo se aplicaba al muestreo gaussiano de bosones, que es un problema muy concreto y como muy restringido, pero que ahora no. La clave para utilizar la universalidad con este tipo de tecnología son unos estados que se definieron en el año 2021, que son unos estados en los que yo puedo simular un qubit utilizando los fotones que van por dos guías, básicamente una especie de…
Francis Villatoro explica cómo los estados GKP aproximados, basados en el trabajo de Gottesman, Kitáez y Preskill, introducen pérdidas en la computación cuántica debido a que no pueden lograrse experimentalmente con un número infinito de modos.
Habla: Francis VillatoroSignificado #15estados gkp y pérdida computación cuánticagottesman kitáez preskill ordenadores cuánticosprl estados gkp ideal no experimental…guía en posición, son guías y el entrelazamiento no es en posición, es en posición, o sea, estados en los que el fotón o va por una guía o va por la otra y planteo que uno es un 1 y uno es un 0 y los combino de manera adecuada y estos estados que son estados. De Gottesman, Kitáez, Preskill; Preskill es el famoso de los ordenadores cuánticos, muy, muy famoso de la Universidad de California y lo propusieron en 2021 y claro, El estado GKP ideal del artículo teórico que se publicó en PRL, en Physical Review Letters, no se puede lograr, ¿vale? No se puede lograr experimentalmente, en otras cosas porque tiene un número infinito de modos. Aquí, con un número infinito de modos, yo puedo hacer estados GKP aproximados, que también son una de las fuentes de pérdidas en el problema, porque al ser aproximado, la computación que yo hago no siempre funciona; aproximadamente funciona, entonces, pero bueno, todo eso se va a Mejorar, o sea, esto es una tecnología que promete muchas mejoras porque esta compañía promete conseguir engañar a inversores para que les dé mucho dinero y haya muchas mejoras, o sea, mejoras va a haberlas seguro, con toda seguridad en la próxima década y lo…
Francis Villatoro describe la inviabilidad actual de escalar la tecnología de ordenadores cuánticos fotónicos a mil qubits debido a los enormes requerimientos de infraestructura.
Habla: Francis VillatoroSignificado #9ordenadores cuánticos fotónicosescalabilidad qubits tecnología inviablebillones de racks requeridosfotones no gastan electricidad13 kilómetros fibra ópticafotónica integrada en computación cuánticatecnología estándar compañíaspublicación nature computación cuántica…promete conseguir engañar a inversores para que les dé mucho dinero y haya muchas mejoras, o sea, mejoras va a haberlas seguro, con toda seguridad en la próxima década y lo que no sabemos es si van a lograr ordenadores con un tamaño razonable, porque como Está ahora mismo la tecnología, es una tecnología escalable que para lograr mil qubits es absolutamente inviable; es inimaginable. La tecnología actual se requieren billones de racks, una cosa absolutamente imposible de concebir. Solo el gasto electrónico, pues esto parece que son fotones que no gastan electricidad. Sí, el número de vatios que se consume por operación es ridículo; sí, sí, es verdad, pero mantener esos racks vivos y toda la microelectrónica, esto tiene, esto que son cuatro racks, eran, no me acuerdo cuánto eran; no sé cuántos kilómetros, como 13 kilómetros de fibra óptica, lo que está metido en medio; o sea, son cosas absolutamente bárbaras. Entonces, por un lado, es tecnología convencional de fotónica integrada, o sea, todo es como muy estándar, pero por otro lado, todo está exagerado; pero es lo que pasa con las compañías. Y ya os digo, a mí me ha resultado muy interesante, no solo porque se publique en Nature, sino porque no habíamos hablado en otras ocasiones de este tipo de tecnología fotónica en computación cuántica y es una tecnología que poco a poco se está reivindicando. Hay grupos chinos, empresas chinas también, pero grupos también de investigación chino muy potentes en esta área y va a haber nuevos artículos y nuevos avances. Pero claro, esa escalabilidad que leemos en los blogs y en varios medios que se han hecho ecos de…
Francis Villatoro explica que la reducción de pérdidas en los componentes de la computación cuántica fotónica es crucial para su desarrollo, aunque considera que resolver este problema a corto plazo es difícil.
Habla: Francis VillatoroSignificado #6reducción pérdidas computación cuántica fotónicacomponentes con pérdidas altas dominancapacidad humana para resolver problemastecnología prometedora computación cuántica…ellos hacen es el no va más y han resuelto todos los problemas. Esto ahora mismo empezar a eliminar de cada uno de los elementos de toda la tecnología son muchos equipos por separado; podríamos entrar en los detalles, pero bueno, creo que no merece la pena. Ir reduciendo las pérdidas lo suficiente en todos ellos, porque el momento en que en un componente haya unas pérdidas altas, aunque en los demás componentes haya pérdidas bajas, las pérdidas altas son las que dominan. Entonces, hay que reducirlos de todo; y eso es, eso ahora mismo en mi cabeza no entra que eso se pueda resolver en poco tiempo, pero lo mismo si en lugar de meter a 120 personas investigando la empresa, meto a 2000, pues lo mismo se avanza mucho más rápido, no lo sabemos porque la capacidad humana para resolver problemas es casi infinita, pero aún así es una tecnología muy prometedora y que tenemos que tener en cuenta; y hablaremos de ella. Ya estaré yo al loro a ver de cómo va avanzando no solo la parte privada, sino también la parte pública, grupos de investigación trabajando en esta tecnología, porque es una tecnología que promete dar sorpresas, ya veremos hasta dónde, pero a nuestros oyentes…