Detalle de una computadora cuántica QuEra basada en átomos extremadamente fríos
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Algoritmos llamados códigos fantasma podrían ayudar a las computadoras cuánticas a ejecutar programas complejos sin errores, superando un gran obstáculo para hacer que la tecnología sea más útil.
Al principio, algunos físicos dudaron de que las computadoras cuánticas fueran alguna vez útiles porque esperaban que estos dispositivos fueran demasiado propensos a errores difíciles de corregir. Hoy en día existen varios tipos de computadoras cuánticas que ya se han utilizado para descubrimientos y exploraciones científicas. Sin embargo, si bien se han logrado avances, los investigadores no han logrado reducir por completo el problema de la comisión de errores.
Muchos programas populares de corrección de errores permiten a las computadoras cuánticas almacenar información sin errores, pero tienen dificultades cuando se trata de computación, dice Shayan Majidy de la Universidad de Harvard.
En busca de una solución, él y sus colegas se centraron en cálculos que incluyen muchos pasos computacionales, lo que hace que su ejecución sea larga e ineficiente, y corre el riesgo de que aparezcan errores adicionales.
Las computadoras cuánticas están hechas de unidades físicas llamadas qubits, pero estos cálculos involucran qubits lógicos o grupos de qubits que comparten información para reducir las tasas de error. Para que los cálculos sean a prueba de errores, los dispositivos generalmente tienen que manipular qubits lógicos (por ejemplo, disparando láseres o microondas a los qubits físicos) para entrelazar dos o más de ellos o cambiar sus propiedades cuánticas.
Los códigos fantasma permiten entrelazar muchos qubits lógicos sin que sea necesaria ninguna acción física, de ahí el nombre “fantasma”. En la práctica, esto significa que todo el cálculo requeriría menos acciones de este tipo, lo que aumentaría su eficiencia y reduciría la cantidad de formas en que pueden ocurrir errores.
Majidy y sus colegas utilizaron simulaciones por computadora para probar códigos fantasmas en dos tareas: preparar un estado de qubit especial que se usa a menudo en cálculos y emular un modelo de juguete de un material cuántico. Descubrieron que, debido a que requería menos manipulaciones físicas, su enfoque proporcionaba resultados hasta 100 veces más precisos que los programas de corrección de errores más convencionales.
Los códigos fantasma no pueden ayudar con todos los programas de computación cuántica, dice Majidy, pero destacan en situaciones en las que un cálculo ya requiere mucho entrelazamiento. No crean enredos de la nada, dice, sino que aprovechan lo que ya está allí. “No es un almuerzo gratis. Es simplemente un almuerzo que ya estaba ahí y no lo comíamos”, dice.
Mark Howard, de la Universidad de Galway en Irlanda, dice que elegir un código de corrección de errores para una tarea de computación cuántica es como elegir una armadura: una armadura de placas podría lograr más protección que una cota de malla, a costa de ser más pesada y menos flexible. Los códigos fantasma ofrecen flexibilidad, pero al igual que la cota de malla, también tienen desventajas, como requerir más qubits que algunos enfoques tradicionales, dice Howard. Debido a esto, podrían usarse para algunas subrutinas específicas de programas de computación cuántica, pero es poco probable que sean una solución completa a los problemas de error de las computadoras cuánticas, afirma.
Dominic Williamson, de la Universidad de Sydney (Australia), dice que es una cuestión abierta cómo pueden ser competitivos los códigos fantasma con otros métodos de corrección de errores, parte de lo cual puede depender de futuros desarrollos en hardware de computación cuántica.
Majidy dice que su equipo ya está colaborando estrechamente con colegas que construyen computadoras cuánticas a partir de átomos extremadamente fríos. Espera que las lecciones aprendidas de los códigos fantasma, combinadas con conocimientos sobre lo que un qubit puede hacer en la práctica, conduzcan a una nueva estrategia en la que los programas de computación cuántica se adapten más específicamente a una tarea e implementación particulares.
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