Las computadoras cuánticas obtienen corrección automática de errores por primera vez

Un pequeño dispositivo de refrigeración puede restablecer automáticamente los componentes defectuosos de una computadora cuántica. Su rendimiento sugiere que la manipulación del calor también podría habilitar otros dispositivos cuánticos autónomos.

Computadoras cuánticas todavía no son completamente prácticos porque cometen demasiados errores. De hecho, si los qubits (componentes clave de este tipo de computadoras) se calientan accidentalmente y se vuelven demasiado energéticos, pueden terminar en un estado erróneo incluso antes de que comience el cálculo. Una forma de “restablecer” los qubits a sus estados correctos es enfriarlos.

Simone Gasparinetti de la Universidad Tecnológica de Chalmers en Suecia y sus colegas han delegado esta tarea a un “refrigerador” cuántico autónomo por primera vez.

Los investigadores construyeron dos qubits y un “qutrit”, que pueden almacenar información más compleja que un qubit, a partir de pequeños circuitos superconductores. El qutrit y uno de los qubits formaron un refrigerador para el segundo qubit objetivo, que eventualmente podría usarse para cálculo.

Los investigadores diseñaron cuidadosamente las interacciones entre los tres componentes para garantizar que cuando el qubit objetivo tuviera demasiada energía, lo que provocó errores, el calor fluyera automáticamente hacia los otros dos elementos. Esto redujo la temperatura del qubit objetivo y lo restableció. Como este proceso era autónomo, el refrigerador de qubit y qutrit podía corregir errores sin ningún control externo.

Aamir Alitambién de la Universidad Tecnológica de Chalmers, dice que este enfoque para restablecer el qubit requirió menos hardware nuevo que los métodos más convencionales y produjo mejores resultados. Sin ningún rediseño significativo de la computadora cuántica o la introducción de nuevos cables, el estado inicial del qubit fue correcto el 99,97 por ciento de las veces. Por el contrario, otros métodos de reinicio normalmente sólo logran el 99,8 por ciento, afirma.

Este es un poderoso ejemplo de cómo maquinas termodinamicas – que se ocupan del calor, la energía y la temperatura – pueden ser útiles en el ámbito cuántico, dice Nicole Yunger Halpern del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de Maryland, que trabajó en el proyecto.

Las máquinas termodinámicas convencionales, como el motor térmico, provocaron toda una revolución industrial, pero hasta ahora la termodinámica cuántica no ha sido muy práctica. “Me interesa hacer útil la termodinámica cuántica. Este refrigerador cuántico autónomo, posiblemente útil, es nuestro primer ejemplo”, afirma Yunger Halpern.

“Es agradable ver esta máquina implementada y útil. El hecho de que sea autónomo, por lo que no requiere ningún control externo, debería hacerlo eficiente y versátil”, afirma Nicolás Brunner en la Universidad de Ginebra en Suiza.

Michał Horodecki de la Universidad de Gdańsk en Polonia dice que uno de los problemas más urgentes para las computadoras cuánticas construidas con circuitos superconductores es asegurarse de que las máquinas no calentar y posteriormente cometer errores. El nuevo experimento abre el camino para muchos proyectos similares que se han propuesto pero nunca se han probado, como el uso de qubits para construir motores cuánticos autónomos, afirma.

Los investigadores ya están estudiando si podrían ampliar su experimento. Por ejemplo, podrían crear un grupo autónomo reloj cuántico o diseñar una computadora cuántica con otras funciones impulsadas automáticamente por las diferencias de temperatura.