Para que las computadoras cuánticas pasen de ser curiosidades de investigación a dispositivos prácticamente útiles, los investigadores deben controlar sus errores. Una nueva investigación de Microsoft y Quantinuum ha dado un paso importante en esa dirección.
Las computadoras cuánticas de hoy están firmemente estancados en la era del “cuántico ruidoso de escala intermedia” (NISQ). Si bien las empresas han tenido cierto éxito al encadenar grandes cantidades de qubits juntos, son muy susceptibles al ruido que puede degradar rápidamente sus estados cuánticos. Esto hace imposible realizar cálculos con suficientes pasos para que sean útiles en la práctica.
Si bien algunos han afirmado que estos ruidosos dispositivos aún podrían tener un uso práctico, el consenso es que los esquemas de corrección de errores cuánticos serán vitales para aprovechar todo el potencial de la tecnología. Pero la corrección de errores es difícil en las computadoras cuánticas porque la lectura del estado cuántico de un qubit hace que colapse.
Los investigadores han ideado formas de solucionar este problema utilizando códigos de corrección de errores que distribuyen cada bit de información cuántica en múltiples qubits físicos para crear lo que se conoce como un qubit lógico. Esto proporciona redundancia y permite detectar y corregir errores en los qubits físicos sin afectar la información del qubit lógico.
El desafío es que, hasta hace poco, se suponía que se podrían necesitar aproximadamente 1,000 qubits físicos para crear cada qubit lógico. Los procesadores cuánticos más grandes de la actualidad solo tienen alrededor de esa cantidad de qubits, lo que sugiere que crear suficientes qubits lógicos para cálculos significativos todavía era un objetivo lejano.
Eso cambió el año pasado cuando investigadores de Harvard y la startup QuEra demostraron que podían generar 48 qubits lógicos de sólo 280 físicos. Y ahora la colaboración entre Microsoft y Quantinuum ha ido un paso más allá al demostrar que no sólo pueden crear qubits lógicos, sino que también pueden utilizarlos para suprimir tasas de error en un factor de 800 y llevar a cabo más de 14,000 rutinas experimentales sin un solo error.
"Lo que hicimos aquí me pone la piel de gallina", Krysta Svore de Microsoft les dijo a New Scientist. "Hemos demostrado que la corrección de errores es repetible, funciona y es confiable".
Los investigadores estaban trabajando con el procesador cuántico H2 de Quantinuum, que se basa en tecnología de iones atrapados y es relativamente pequeño con solo 32 qubits. Pero al aplicar códigos de corrección de errores desarrollados por Microsoft, pudieron generar cuatro qubits lógicos que solo experimentaron un error cada 100,000 ejecuciones.
Uno de los mayores logros, señala el equipo de Microsoft en una entrada de blog, fue el hecho de que pudieron diagnosticar y corregir errores sin destruir los qubits lógicos. Esto es gracias a un enfoque conocido como “extracción de síndrome activo” que es capaz de leer información sobre la naturaleza del ruido que afecta a los qubits, en lugar de su estado, Svore les dijo a Espectro IEEE.
Sin embargo, el esquema de corrección de errores tenía una vida útil. Cuando los investigadores llevaron a cabo múltiples operaciones en un qubit lógico, seguidas de corrección de errores, descubrieron que en la segunda ronda las tasas de error eran solo la mitad de las encontradas en los qubits físicos y en la tercera ronda no hubo un impacto estadísticamente significativo.
Y por impresionantes que sean los resultados, el equipo de Microsoft señala en su blog que la creación de computadoras cuánticas verdaderamente poderosas requerirá qubits lógicos que cometan errores solo una vez cada 100 millones de operaciones.
Independientemente, el resultado marca un salto masivo en las capacidades de corrección de errores, como afirmó Quantinuum en un comunicado de prensa representa el comienzo de una nueva era en la computación cuántica. Si bien esto podría ser un poco precipitado, ciertamente sugiere que es posible que sea necesario actualizar los cronogramas de las personas sobre cuándo lograremos la computación cuántica tolerante a fallas.
Crédito de la imagen: Computadora cuántica Quantinuum H2 / Quantinuum
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- Fuente: https://singularityhub.com/2024/04/04/quantum-computers-take-a-major-step-with-error-correction-breakthrough/
