Categoría: Cambio Climático y Sostenibilidad

Recientemente, el profesor Zhao Jun, un laboratorio de computación avanzada para la ciencia atmosférica en la Universidad de Ciencia y Tecnología en China, y el profesor An Hong, un laboratorio avanzado de estructura de sistemas informáticos, utilizaron el modelo antagónico global basado en una nueva generación de supercomprometidos “ fuegos artificiales” Typhoon 120 horas de error de pronóstico de pista reducido a 100 kilómetros  Combinado con la simulación de resolución flexible para revelar el método de predicción preciso de trayectorias complejas de tifones, se logra la doble optimización de la eficiencia informática y la precisión de la predicción. Los resultados de la investigación se publicaron en la revista académica de renombre internacional “Science Bulletin” en 《Pronunciado avance en el pronóstico de la pista del tifón con el modelo de conexión global que permite》. Figura 1. Mejora del pronóstico de la trayectoria del tifón por modelo de diálisis global En el contexto del cambio climático global, la predicción precisa de las vías del tifón es esencial para la reducción del riesgo de desastres, pero el progreso en los últimos años ha sido plano, lo que ha desencadenado discusiones sobre si la previsibilidad de las vías del tifón ha alcanzado su límite. Investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, la Universidad de Ingeniería de la Información de Nanjing y el Instituto de Física Atmosférica de la Academia de Ciencias de China han logrado grandes avances mediante el uso del modelo de diálisis global (resolución horizontal global de 3 km). Su investigación se centró en el tifón “ fuegos artificiales ” en 2021, reduciendo el error de ruta a menos de 100 kilómetros durante el período de pronóstico de 120 horas para lograr una precisión sin precedentes. Vale la pena señalar que el modelo predijo con éxito el cambio repentino de ruta y la doble posición de aterrizaje del tifón “ fuegos artificiales ”, que funcionó mejor que el pronóstico comercial actual (Figura 1). El equipo de investigación desarrolló además una innovadora estrategia de refinamiento de la red variable, que logró un equilibrio entre la demanda informática y la precisión al dirigirse a los sistemas meteorológicos clave que afectan el movimiento del tifón. En comparación con el modelo de análisis transversal global, este método mantiene una precisión similar al tiempo que reduce el costo de cálculo en más del 90% (Figura 2), y se expande a las predicciones de las trayectorias de otros diez casos de tifones en la historia, y logra un efecto de mejoras significativas. Estos logros marcan que las predicciones de tifones pueden entrar en una nueva era. El uso de la resolución de resolución de análisis de convección combinada con la estrategia de refinamiento de las redes adaptativas puede mejorar la preparación para desastres y las capacidades de respuesta bajo la carga mínima de cálculo. El equipo de investigación planea verificar aún más sus métodos en diferentes áreas del mar, comprender y mejorar el mecanismo físico del modelo para expandir su aplicación en todo el mundo. Figura 2. Mejora del cifrado del pronóstico de la trayectoria del tifón impulsor del sistema meteorológico clave Esta investigación fue cofinanciada por el proyecto especial de tecnología piloto estratégico de la Academia China de Ciencias, el Fondo Provincial de Ciencias Naturales de Anhui y el “ Fondo de Investigación ” de Primera Clase Doble de la Universidad China de Ciencia y Tecnología. Al mismo tiempo, el centro de computación de alto rendimiento de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China y el Centro de Ultimulación de Qingdao proporcionaron soporte informático de alto rendimiento. El Profesor Zhao Jun y el Profesor An Hong de la Escuela de Ciencias de la Computación son coautores, y el estudiante de doctorado Gu Jun es el primer autor. Información en papel: Gu, Jun, Chun Zhao, Gudongze Li, Jiawang Feng, Mingyue Xu, Quyan Du, Zihan Xia, et al. 2025. “Pronunciado Advance on Typhoon Track Forecast con Global Convection-Permitting Model.” Boletín de Ciencia. https://doi.org/10.1016/j.scib.2025.01.032 . Enlace de papel: Pronuncia un avance en el pronóstico de la pista del tifón con el modelo global que permite la conexión-ScienceDirect Vídeo de simulación de tifón: Modelo de Análisis Global de Nube Simulación Typhoon University of Science and Technology of China. Traducido al español

Un artículo colaborativo publicado en Nature Physics por autores de IBM®, la Universidad de Colonia y Harvard destaca el valor de los protocolos basados ​​en mediciones en la investigación de la computación cuántica. Por lo general, cuando queremos simular un estado cuántico mediante circuitos cuánticos, preparamos un estado inicial y utilizamos operadores unitarios (puertas lógicas cuánticas) para evolucionarlo a lo largo del tiempo. Una vez que llegamos al final del circuito, tomamos medidas que convierten el estado cuántico en uno clásico, lo que nos proporciona la información que buscamos obtener de nuestra simulación. O al menos esa es una forma de hacerlo. Cada vez más investigadores están investigando algoritmos cuánticos que utilizan el acto de medición en sí no solo para extraer información de los estados cuánticos, sino también para dirigirlos y manipularlos a medida que evolucionan en el tiempo. Esto puede ser particularmente útil cuando se trata de generar entrelazamiento, una tarea esencial en el procesamiento de información cuántica. La generación de entrelazamiento en circuitos puramente unitarios a menudo conduce a circuitos de alta profundidad que están más allá de las capacidades del hardware actual. Los circuitos cuánticos que incorporan medición (por ejemplo, circuitos dinámicos que nos permiten realizar operaciones lógicas en nuestros circuitos basados ​​en mediciones en la mitad del circuito) pueden ser mucho más eficientes. En publicaciones recientes del blog, hemos visto circuitos dinámicos que permiten métodos eficientes basados ​​en mediciones para entrelazar cúbits desconectados en un procesador cuántico superconductor , e incluso para entrelazar cúbits en procesadores separados . Un artículo publicado en Nature Physics destaca más de las muchas capacidades que pueden permitir los protocolos cuánticos basados ​​en mediciones, lo que subraya su potencial para respaldar el progreso en campos como la física de la materia condensada y la corrección de errores cuánticos. En ese artículo, investigadores de IBM, la Universidad de Colonia y Harvard demuestran un protocolo eficiente basado en mediciones para generar un estado ordenado de largo alcance simple, es decir, un estado cuántico en el que los entrelazamientos de largo alcance se mantienen a lo largo de distancias significativas dentro del sistema. Fundamentalmente, pudimos lograr esto a escala de servicios públicos, utilizando hasta 125 cúbits en un procesador IBM Quantum™ Eagle para generar un orden de largo alcance en hasta 54 cúbits. Al ajustar las tasas de error coherentes e incoherentes en su circuito cuántico, demostramos que es posible mantener este orden de largo alcance en dos dimensiones espaciales hasta un punto crítico conocido como la transición de Nishimori. Luego, utilizamos un decodificador clásico para determinar la firma del estado ordenado de largo alcance. Antes de este experimento, no se sabía si era realmente posible crear y validar este tipo de orden de largo alcance en un circuito cuántico dada la presencia de un error de medición. A continuación, analizaremos en profundidad el experimento y mostraremos cómo los protocolos que desarrollamos junto con nuestros colaboradores de la Universidad de Colonia y Harvard podrían mejorar significativamente las simulaciones cuánticas de diferentes fases de la materia relevantes para la física de la materia condensada y otros campos de investigación de la física. También analizaremos cómo estos nuevos métodos ayudan a revelar información fascinante sobre la naturaleza de la información cuántica en sí. ¿Está interesado en realizar una transición de fase de Nishimori por su cuenta? Recree el experimento con un procesador IBM Quantum siguiendo nuestro tutorial en IBM Quantum Learning. Descubriendo el estado GHZ y la transición de Nishimori en circuitos cuánticos superconductores Realizamos nuestros experimentos de simulación en ibm_sherbrookeun procesador IBM Quantum Eagle de 127 qubits. Para crear el estado GHZ con su protocolo basado en mediciones, comenzamos dividiendo los qubits del procesador en dos categorías: los qubits del sistema que conformarán el estado GHZ y los qubits auxiliares que sirven para preparar y medir el estado GHZ. En la imagen a continuación, puede ver cómo dividimos los qubits del procesador para nuestra simulación más grande, que ejecutamos en 125 de los ibm_sherbrooke127 qubits de : Como puede ver, los cúbits del sistema que representarán el estado GHZ están coloreados en negro, mientras que los cúbits auxiliares están coloreados en gris. Los cúbits auxiliares grises se colocan entre cada uno de los cúbits negros del sistema para que no haya dos cúbits del sistema directamente adyacentes. También notará algunos códigos de colores en las conexiones físicas o «enlaces» que conectan cada cúbit con sus vecinos más cercanos. Los enlaces se dividen en tres grupos: azul, rojo y gris. Este detalle será importante para ejecutar el protocolo del circuito. El protocolo comienza con todos los cúbits inicializados en el estado fundamental. En un mundo perfecto y sin errores, podríamos crear un estado GHZ sin utilizar ningún cúbit auxiliar ni mediciones intermedias. Simplemente inicializaríamos los cúbits del sistema, utilizaríamos puertas de entrelazamiento puramente unitarias de dos cúbits para entrelazar cada par de cúbits vecinos y mediríamos los cúbits al final de este circuito simple para revelar el estado ordenado de largo alcance deseado. Por supuesto, no vivimos en un mundo libre de errores. Los errores de compuerta, los errores de medición y otros tipos de errores inevitablemente hacen que el sistema pierda el orden de largo alcance o nos impiden determinar si se ha alcanzado el orden de largo alcance. Ahí es donde los qubits auxiliares desempeñan un papel. Para entender mejor su propósito, acerquémonos a una pequeña subsección de los qubits del procesador: dos qubits del sistema conectados por un qubit auxiliar entre ellos: Comenzamos el protocolo aplicando puertas Hadamard independientes a cada cúbit individual, preparando los tres cúbits en sus propios estados de superposición separados. Nuestro objetivo es entrelazar los dos cúbits del sistema, lo que hacemos aplicando dos puertas de cúbit. Sin embargo, en los procesadores cuánticos superconductores, solo podemos aplicar dos puertas de cúbit a los cúbits que están directamente adyacentes entre sí, y los cúbits del sistema están separados por el cúbit auxiliar que se encuentra entre ellos. Para conectar los dos cúbits del sistema, necesitaremos realizar un simple experimento de teletransportación cuántica. En primer lugar, entrelazamos cada uno de los