¡Interesante! Científicos desarrollan un circuito cuántico capaz de calcular la transformada de Fourier más rápida y eficiente

¿Qué es la transformada de Fourier? Es una herramienta matemática importante que descompone una función o conjunto de datos en sus frecuencias constituyentes indispensable en todos los campos de la ingeniería.

Los avances de la tecnología abarcan todos las áreas de trabajo, y ahora científicos diseñan un circuito cuántico novedoso que calcula la transformada rápida de Fourier, una herramienta indispensable en todos los campos de la ingeniería.

Esta herramienta descompone una función o conjunto de datos en sus frecuencias constituyentes, de forma muy similar a como se podría descomponer un acorde musical en una combinación de sus notas.

La transformada de Fourier es una operación matemática esencial para prácticamente todos los campos de la física y la ingeniería. Se utiliza en todos los campos de la ingeniería de una forma u otra y, en consecuencia, se han desarrollado algoritmos para calcularlo de manera eficiente, es decir, al menos para las computadoras convencionales.

Aunque ya existe un algoritmo que calcula la transformada de Fourier en computadoras cuánticas, no es lo suficientemente versátil para muchas aplicaciones prácticas.

A pesar de que la computación cuántica sigue siendo un enorme desafío técnico e intelectual, tiene el potencial de acelerar muchos programas y algoritmos inmensamente siempre que se diseñen los circuitos cuánticos adecuados.

La transformada de Fourier ya tiene una versión cuántica llamada transformada cuántica de Fourier (QFT), pero su aplicabilidad es bastante limitada porque sus resultados no pueden usarse en operaciones aritméticas cuánticas posteriores.

Recientemente científicos de la Universidad de Ciencias de Tokio encontraron una solución a este inconveniente diseñando un novedoso circuito cuántico que calcula la transformada de Fourier de una manera mucho más rápida, versátil y eficiente.

La idea del estudio se le ocurrió al Sr. Ryo Asaka, estudiante de primer año de maestría y uno de los científicos del estudio, cuando supo por primera vez sobre el QFT y sus limitaciones.

Pensó que sería útil crear una mejor alternativa basada en una variante de la transformada de Fourier estándar llamada “transformada rápida de Fourier (FFT)”, un algoritmo indispensable en la computación convencional que acelera enormemente las cosas si los datos de entrada cumplen algunas condiciones básicas. .

Para diseñar el circuito cuántico para la QFFT, los científicos tuvieron que diseñar primero circuitos aritméticos cuánticos para realizar las operaciones básicas de la FFT, como la suma, la resta y el desplazamiento de dígitos.

Una ventaja notable de su algoritmo es que no se generan “bits basura”; el proceso de cálculo no desperdicia ningún qubits, la unidad básica de información cuántica.

Teniendo en cuenta que aumentar el número de qubits de computadoras cuánticas ha sido una batalla cuesta arriba durante los últimos años, el hecho de que este novedoso circuito cuántico para QFFT pueda usar qubits de manera eficiente es muy prometedor.

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Otro mérito de su circuito cuántico sobre el QFT tradicional es que su implementación explota una propiedad única del mundo cuántico para aumentar en gran medida la velocidad computacional.

El profesor asociado Kazumitsu Sakai, quien dirigió el estudio, explica: “En la computación cuántica, podemos procesar una gran cantidad de información al mismo tiempo aprovechando un fenómeno conocido como superposición de estados. Esto nos permite convertir mucho de datos, como múltiples imágenes y sonidos, en el dominio de la frecuencia de una sola vez “.

La velocidad de procesamiento se cita regularmente como la principal ventaja de la computación cuántica, y este novedoso circuito QFFT representa un paso en la dirección correcta.

Además, el circuito QFFT es mucho más versátil que el QFT, como comenta el profesor asistente Ryoko Yahagi, quien también participó en el estudio: “Una de las principales ventajas del QFFT es que es aplicable a cualquier problema que pueda ser resuelto por la FFT convencional, como el filtrado de imágenes digitales en el campo médico o el análisis de sonidos para aplicaciones de ingeniería ”.

Con las computadoras cuánticas (con suerte) a la vuelta de la esquina, los resultados de este estudio facilitarán la adopción de algoritmos cuánticos para resolver los muchos problemas de ingeniería que dependen de la FFT.

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