Investigadores del Instituto de Física Interdisciplinaria y Sistemas Complejos, IFISC (UIB-CSIC), en Mallorca, plantean el primer protocolo que incluye el efecto de la medida en el procesamiento de secuencias de datos temporales mediante sistemas cuánticos. Ejemplos de estas tareas son el reconocimiento de escritura o predicción de series caóticas.

La ventaja de utilizar sistemas cuánticos para estos fines radica en la gran capacidad de procesamiento que proporciona el espacio de Hilbert de los estados cuánticos, una ventaja exponencial respecto a los sistemas clásicos. Además, ahora se ha demostrado que esta ventaja puede lograrse incluso en situaciones no ideales, donde se tiene en cuenta el efecto de la medida cuántica.

La implementación del quantum reservoir computing como método de computación para procesar datos de series temporales tiene mucho potencial, pero se enfrenta a varios retos. Uno de ellos, común a toda la computación cuántica, es que, por su carácter estocástico, es necesario que se repita el procesamiento de la información varias veces y se calculen medias con los resultados obtenidos para mejorar su precisión. El otro problema radica en que los sistemas cuánticos se ven fuertemente afectados por las medidas, esto es, el proceso de obtener la información procesada.

Procesamiento de datos con «Quantum Reservoir Computing»

En una implementación de quantum reservoir computing esto es especialmente relevante, puesto que puede perjudicar la calidad del procesamiento a tiempos diferentes. Para evitar que los siguientes pasos queden afectados por las medidas pasadas, debería reiniciarse el experimento reintroduciendo los datos en el sistema desde el principio, algo claramente ineficiente. Además, sería necesario almacenar los datos en una memoria externa. Los investigadores han analizado diferentes protocolos para el procesamiento de series temporales, incluido el protocolo de rewinding (rebobinado) y el de restarting (reinicio), y han propuesto una alternativa basada en medidas débiles que permite monitorizar de manera continua los datos, online, sin almacenarlas externamente, que opera en tiempo real.

Este protocolo online planteado por los investigadores, presentado en la revista npj Quantum Information, introduce el efecto de la medida en el procesamiento de información. Típicamente, las medidas débiles proporcionan menos información y son más ruidosas, pero con esta forma de obtener los resultados del procesamiento, el sistema cuántico no «colapsa» íntegramente, lo que permite identificar situaciones en las que se consigue un procesamiento de datos efectivo tanto en precisión como en recursos.

El estudio establece la ventaja de los reservorios cuánticos en escenarios realistas y se espera que facilite el camino a implementaciones experimentales eficientes que involucren el continuo procesamiento de series temporales con sistemas cuánticos. Además, esta investigación también puede contribuir al desarrollo de aplicaciones concretas como la tomografía temporal cuántica, redes neuronales recurrentes cuánticas o computación neuromórfica cuántica, entre otros avances.