La computadora cuántica establece un récord en el camino hacia cálculos sin errores

Se ha batido otro récord de computación cuántica. Un equipo ha construido una computadora cuántica con el mayor número jamás conocido de los llamados qubits lógicos o bits cuánticos. A diferencia de los qubits estándar, los qubits lógicos son más capaces de realizar cálculos sin errores, lo que convierte al nuevo dispositivo en un paso potencialmente importante hacia computación cuántica práctica.

¡Qué complicado es el cálculo! computadora cuántica puede completar depende de la cantidad de qubits que contiene. Recientemente, IBM y Computación atómica con sede en California presentó dispositivos con más de 1000 qubits, casi el triple que las computadoras cuánticas más grandes anteriores. Pero la existencia de estos dispositivos no ha conducido a un aumento inmediato y espectacular de la capacidad informática, porque los ordenadores cuánticos más grandes a menudo también cometen más errores.

Para fabricar una computadora cuántica que pueda corregir sus errores, investigadores del Startup de computación cuántica QuEra en Boston y varios académicos se centraron en aumentar su número de qubits lógicos, que son grupos de qubits que están conectados entre sí mediante entrelazamiento cuántico.

En las computadoras convencionales, la corrección de errores se basa en mantener múltiples copias redundantes de información. Pero la información cuántica es fundamentalmente diferente y no se puede copiar – por eso los investigadores utilizan el entrelazamiento para distribuirlo en varios qubits, lo que logra una redundancia similar, dice Dolev Bluvstein en la Universidad de Harvard que formó parte del equipo.

Para fabricar su computadora cuántica, los investigadores comenzaron con varios miles de átomos de rubidio en un recipiente sin aire. Luego utilizaron fuerzas de láseres e imanes para enfriar los átomos a temperaturas cerca del cero absoluto donde sus propiedades cuánticas son más prominentes. En estas condiciones, ellos podría controlar los estados cuánticos de los átomos con mucha precisión golpeándolos nuevamente con láseres. Primero crearon 280 qubits a partir de átomos y luego dieron un paso más al usar otro pulso láser para entrelazar grupos de ellos (por ejemplo, siete qubits a la vez) para crear un qubit lógico. Al hacer esto, los investigadores pudieron crear hasta 48 qubits lógicos a la vez. Esto es más de 10 veces la cantidad de qubits lógicos que se hayan creado antes.

“Es muy importante tener tantos qubits lógicos. Un resultado muy notable para cualquier plataforma de computación cuántica”, afirma Mark Saffman en la Universidad de Wisconsin-Madison. Dice que la nueva computadora cuántica se beneficia enormemente de estar hecha de átomos controlados por la luz porque este tipo de control es muy eficiente.

La computadora de QuEra hace que sus qubits interactúen e intercambien información acercándolos entre sí con “pinzas” ópticas hechas de rayos láser. Por el contrario, las computadoras cuánticas basadas en chips, como las fabricadas por IBM y Google, deben usar múltiples cables para controlar cada qubit.

Bluvstein y sus colegas implementaron varias operaciones, códigos y algoritmos informáticos en la nueva computadora para probar el rendimiento de los qubits lógicos. Dice que aunque estas pruebas fueron más preliminares que los cálculos que eventualmente realizarán las computadoras cuánticas, el equipo ya descubrió que el uso de qubits lógicos generaba menos errores que los que se observan en las computadoras cuánticas que usan qubits físicos.

Los investigadores suelen estimar que Computadoras cuánticas totalmente tolerantes a fallas o libres de errores requerirá miles de qubits lógicos, pero Jeff Thompson de la Universidad de Princeton dice que es emocionante ver que algunas ideas sobre la tolerancia a fallos ya se han explorado en los nuevos experimentos. Dice que se trata de un claro paso adelante y que es probable que se produzcan más progresos a medida que las computadoras basadas en átomos han ido mejorando rápidamente. “Estamos siendo testigos de algunos de los [atom-based computer’s] momentos decisivos”, dice Thompson.