Las computadoras cuánticas no serán realmente útiles hasta que puedan corregir sus errores
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Las computadoras cuánticas ya existen, pero cometen demasiados errores. Podría decirse que este es el mayor obstáculo para que la tecnología sea realmente útil, pero avances recientes sugieren que puede haber una solución en el horizonte.
Los errores también se introducen en las computadoras tradicionales, pero existen técnicas bien establecidas para corregirlos. Se basan en la redundancia, donde se utilizan bits adicionales para detectar cuando los 0 cambian incorrectamente a 1 o viceversa. En el mundo cuántico, sin embargo, es mucho más desafiante.
Las leyes de la mecánica cuántica prohíben que la información se duplique dentro de una computadora cuántica, por lo que la redundancia debe lograrse distribuyendo la información entre grupos de qubits (los componentes básicos de las computadoras cuánticas) y utilizando fenómenos que solo existen en entornos cuánticos, como cuando pares de partículas se unen mediante entrelazamiento cuántico. Estos grupos de qubits se denominan qubits lógicos y descubrir la forma óptima de construirlos y utilizarlos es crucial para determinar la mejor manera de eliminar errores.
Un reciente aumento en el progreso ha hecho que los investigadores sean optimistas. “Es un momento muy apasionante para la corrección de errores. Por primera vez, la teoría y la práctica realmente entran en contacto”, afirma Robert Schoelkopf de la Universidad de Yale.
Uno de los obstáculos para la corrección de errores cuánticos ha sido que el número de qubits necesarios para crear un qubit lógico tiende a ser grande, lo que hace que construir toda la computadora cuántica sea costoso y difícil. Pero Xiayu Linpeng de la Academia Cuántica Internacional en China y su equipo han demostrado recientemente que este no tiene por qué ser así.
Los investigadores descubrieron que sólo dos qubits superconductores se pueden combinar con un pequeño resonador para crear un qubit más grande que comete menos errores y puede señalar automáticamente un error cuando ocurre. Luego fueron un paso más allá para mostrar cómo se pueden agrupar tres qubits de este tipo mediante entrelazamiento cuántico para desarrollar potencia computacional sin errores subrepticios.
El equipo de Schoelkopf también demostró recientemente cómo varias operaciones necesarias para los programas de computación cuántica podrían implementarse con el mismo tipo de qubit y tasas de error excepcionalmente bajas, y algunos errores ocurren tan raramente como una vez en un millón de manipulaciones de qubit.
Aunque enfoques como este detectarán muchos errores, las computadoras cuánticas útiles tendrán que contener miles de qubits lógicos, lo que significa que algunos seguirán introduciéndose. Por eso, Arian Vezvaee, de la empresa emergente Quantum Elements y sus colegas, han probado una forma de agregar mayor protección contra errores a los qubits lógicos, como usar un impermeable debajo de un paraguas.
La idea clave es no dejar ningún qubit inactivo durante demasiado tiempo, ya que eso les haría perder sus propiedades cuánticas especiales y corromperse. El equipo demostró que dar a los qubits inactivos “impulsos” adicionales de radiación electromagnética puede crear el entrelazamiento más confiable entre qubits lógicos hasta la fecha.
La receta exacta sobre cómo combinar qubits físicos en lógicos realmente importa para algunos de los cálculos más precisos, como descubrieron David Muñoz Ramo de la empresa de computación cuántica Quantinuum y sus colegas al investigar un algoritmo que determina la energía más baja posible que puede tener una molécula de hidrógeno. Allí, la precisión necesaria es tan alta que los métodos básicos de corrección de errores no son suficientes.
Esta innovación en los programas de corrección de errores será crucial para el éxito o el fracaso de los ordenadores cuánticos, afirma James Wootton de la empresa emergente Moth Quantum. “Todavía estamos en una fase en la que los investigadores están aprendiendo cómo encajan todas las piezas de la corrección de errores”. Los ordenadores cuánticos todavía no pueden funcionar eficazmente sin errores, pero estamos empezando a ver aparecer las bases de ingeniería para ello, afirma.
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