Para reducir las tasas de error en las computadoras cuánticas, a veces más es mejor. Más qubits, eso es.

Los bits cuánticos, o qubits, que componen una computadora cuántica son propensos a errores que podrían inutilizar un cálculo si no se corrigen. Para reducir esa tasa de error, los científicos pretenden construir una computadora que pueda corregir sus propios errores. Tal máquina combinaría los poderes de múltiples qubits falibles en un qubit mejorado, llamado "qubit lógico", que puede usarse para hacer cálculos (SN: 22/6/20).  

Los científicos ahora han demostrado un hito clave en la corrección de errores cuánticos. Aumentar la cantidad de qubits en un qubit lógico puede hacerlo menos propenso a errores, informan investigadores de Google el 22 de febrero en Nature.

Las futuras computadoras cuánticas podrían resolver problemas imposibles incluso para las computadoras tradicionales más poderosas (SN: 29/6/17). Para construir esas poderosas máquinas cuánticas, los investigadores están de acuerdo en que necesitarán usar la corrección de errores para reducir drásticamente las tasas de error. Si bien los científicos han demostrado previamente que pueden detectar y corregir errores simples en computadoras cuánticas a pequeña escala, la corrección de errores aún se encuentra en sus primeras etapas (SN: 4/10/21).

El nuevo avance no significa que los investigadores estén listos para construir una computadora cuántica con corrección total de errores, "sin embargo, demuestra que es posible, que la corrección de errores funciona fundamentalmente", dijo en una noticia el físico Julian Kelly de Google Quantum AI. sesión informativa 21 de febrero.

Un refrigerador de dilución, un dispositivo hecho de anillos de metal con muchos cables delgados conectados a un procesador cuántico en la parte inferior.

Las computadoras cuánticas como las de Google requieren un refrigerador de dilución (en la imagen) que pueda enfriar el procesador cuántico (que está instalado en la parte inferior del refrigerador) a temperaturas gélidas.

IA CUÁNTICA DE GOOGLE

Los qubits lógicos almacenan información de forma redundante en múltiples qubits físicos. Esa redundancia permite que una computadora cuántica verifique si ha surgido algún error y lo solucione sobre la marcha. Idealmente, cuanto mayor sea el qubit lógico, menor debería ser la tasa de error. Pero si los qubits originales son demasiado defectuosos, agregar más de ellos causará más problemas de los que resolverá.

Utilizando el chip cuántico Sycamore de Google, los investigadores estudiaron dos tamaños diferentes de qubits lógicos, uno de 17 qubits y el otro de 49 qubits. Después de realizar mejoras constantes en el rendimiento de los qubits físicos originales que componen el dispositivo, los investigadores contaron los errores que aún se filtraban. El qubit lógico más grande tenía una tasa de error más baja, alrededor del 2,9 por ciento por ronda de corrección de errores, en comparación con la tasa del qubit lógico más pequeño de alrededor del 3,0 por ciento, encontraron los investigadores.

Esa pequeña mejora sugiere que los científicos finalmente están entrando de puntillas en el régimen en el que la corrección de errores puede comenzar a silenciar los errores aumentando la escala. “Es un objetivo importante a alcanzar”, dice el físico Andreas Wallraff de ETH Zurich, que no participó en la investigación.

Sin embargo, el resultado está a punto de mostrar que la corrección de errores mejora a medida que los científicos aumentan su escala. Una simulación por computadora del rendimiento de la computadora cuántica sugiere que, si el tamaño del qubit lógico aumentara aún más, su tasa de error en realidad empeoraría. Se necesitarán mejoras adicionales a los qubits defectuosos originales para permitir que los científicos aprovechen realmente los beneficios de la corrección de errores.

Aún así, los hitos en la computación cuántica son tan difíciles de lograr que se tratan como saltos con pértiga, dice Wallraff. Solo apuntas a despejar apenas la barra.

CITAS

IA cuántica de Google. Supresión de errores cuánticos al escalar un qubit lógico de código de superficie. Naturaleza . Publicado en línea el 22 de febrero de 2023. doi: 10.1038/s41586-022-05434-1.

La escritora de física Emily Conover tiene un Ph.D. en física de la Universidad de Chicago. Ha ganado dos veces el premio Newsbrief de la Asociación de Escritores Científicos de DC.