NTT Research Inc, una división de NTT, anunció que científicos del Instituto Tecnológico de Tokio (Tokyo Tech) y de NTT Research han desarrollado con éxito la detección comprimida como primera aplicación de la cibermáquina coherente de Ising (ciber-CIM), un algoritmo de inspiración cuántica que puede implementarse en una plataforma digital moderna o en una máquina híbrida cuántico-clásica en el futuro. Compartieron sus hallazgos en un artículo, titulado oDetección comprimida basada en regularización L0 con enfoque híbrido cuántico-clásico,o publicado en mayo de 2022, en la revista Quantum Science and Technology. La detección comprimida es una técnica de procesamiento de señales utilizada en imágenes médicas, astronomía y otros campos que requiere niveles de procesamiento extremadamente altos en los ordenadores existentes para descartar cantidades masivas de datos sin información útil.

En un ejercicio de optimización de la detección comprimida basada en la L0-regularización (L0-RBCS), el ciber-CIM se acercó al límite teórico de la detección comprimida y superó al método por defecto utilizado habitualmente. L0-RBCS es un problema combinatorio no determinista de tiempo polinómico (NP)-duro que utiliza la regularización dispersa con norma L0 para el análisis de regresión bajo la restricción de un máximo de elementos cero para una señal fuente. La regularización dispersa con norma L1 realiza tanto la selección de variables como la regularización, una técnica para reducir los errores y evitar el sobreajuste.

El método L1-RBCS empleado habitualmente, que incluye el operador selector y de contracción mínima absoluta (LASSO), utiliza una forma de regularización dispersa computacionalmente más sencilla pero menos precisa, que se aproxima a la detección comprimida mediante aproximación. Esta investigación conjunta entre Tokyo Tech y NTT Research surgió de un acuerdo firmado en 2020 que preveía la colaboración entre el Laboratorio de Física e Informática (PHI) de NTT Research y el laboratorio del Dr. Toru Aonishi en la Escuela de Informática de Tokyo Tech. Son coautores del artículo con el Dr. Aonishi el Dr. Kazushi Mimura de la Universidad de la Ciudad de Hiroshima, el Dr. Masato Okada de la Universidad de Tokio y el director del laboratorio PHI, Yoshihisa Yamamoto.

NTT Research está financiando un proyecto de cinco años de ciber-CIM con Tokyo Tech, que también incluye trabajos sobre el descubrimiento de fármacos. Tanto la detección comprimida como el descubrimiento de fármacos son problemas de optimización combinatoria de dificultad NP, que un CIM está construido específicamente para resolver. El CIM, en sus construcciones cibernética y física, es una densa red de osciladores paramétricos ópticos (OPO) programados para resolver problemas que se asignan a un modelo Ising, que es una abstracción matemática de sistemas magnéticos compuestos de espines que interactúan competitivamente, o momentos angulares de partículas fundamentales.

Los trabajos anteriores se han centrado principalmente en cómo las redes de osciladores cuánticos resuelven problemas de optimización combinatoria. Ésta es la primera aplicación práctica conocida del ciber-CIM. El sistema híbrido cuántico-clásico propuesto por los autores realiza el CIM y el procesamiento digital clásico (CDP) en pasos alternos. Para evaluar el rendimiento del algoritmo ciber-CIM en la resolución de L0-RBCS, introdujeron una ecuación diferencial estocástica de Wigner truncada (W-SDE) como modelo para un sistema de ono número de OPOs.

La W-SDE se encuadra dentro del método no teórico del espacio de fases de la mecánica cuántica, que se inventó para sortear la imposibilidad (debida a los recursos limitados de los ordenadores digitales modernos) de la simulación numérica directa en un sistema cuántico abierto con disipación. Las ecuaciones macroscópicas se derivaron aplicando la mecánica estadística a la W-SDE. Lo que se demostró en la ponencia es la aplicación del L0-RBCS en el ciber-CIM, que ya puede desplegarse en una plataforma digital moderna.

El concepto, sin embargo, puede ampliarse a una máquina híbrida cuántico-clásica en el futuro. En el documento se espera una mejora del rendimiento, incluida una reducción de los costes energéticos, en ese escenario, pero esa predicción tendrá que probarse en una máquina física. Por ahora, el equipo sigue centrándose en la interacción entre la CIM y las aplicaciones.