Los errores ocurren, especialmente en las computadoras cuánticas. Los frágiles bits cuánticos, o qubits, que componen las máquinas son notoriamente propensos a errores, pero ahora los científicos han demostrado que pueden solucionar los fallos.

Las computadoras que aprovechan las reglas de la mecánica cuántica son prometedoras para realizar cálculos fuera del alcance de las computadoras estándar ( SN: 29/6/17 ). Pero sin un mecanismo para corregir los errores de las computadoras , las respuestas que escupe una computadora cuántica podrían ser una tontería ( SN: 22/6/20 ).

La combinación del poder de varios qubits en uno puede resolver los problemas de error , informan los investigadores el 4 de octubre en Nature . Los científicos usaron nueve qubits para hacer un qubit único y mejorado llamado qubit lógico, que, a diferencia de los qubits individuales a partir de los cuales se hizo, se puede probar para verificar si hay errores.

"Esta es una demostración clave en el camino para construir una computadora cuántica a gran escala", dice el físico cuántico Winfried Hensinger de la Universidad de Sussex en Brighton, Inglaterra, que no participó en el nuevo estudio.

Aún así, ese camino sigue siendo largo, dice Hensinger. Para hacer cálculos complejos, los científicos tendrán que aumentar drásticamente el número de qubits en las máquinas. Pero ahora que los científicos han demostrado que pueden mantener los errores bajo control, dice, "no hay nada fundamentalmente que nos detenga para construir una computadora cuántica útil".

En un qubit lógico, la información se almacena de forma redundante. Eso permite a los investigadores verificar y corregir errores en los datos. "Si se pierde una pieza, se puede reconstruir a partir de las otras piezas, como Voldemort", dice el físico cuántico David Schuster de la Universidad de Chicago, que no participó en la nueva investigación. (El villano de Harry Potter mantuvo su alma a salvo ocultándola en múltiples objetos llamados Horrocruxes).

En el nuevo estudio, cuatro qubits auxiliares adicionales se interconectaron con el qubit lógico para identificar errores en sus datos. Las futuras computadoras cuánticas podrían hacer cálculos utilizando qubits lógicos en lugar de los qubits defectuosos originales, verificando y corrigiendo repetidamente cualquier error que surja.

Para hacer su qubit lógico, los investigadores utilizaron una técnica llamada código Bacon-Shor, aplicándola a qubits hechos de iones de iterbio que se ciernen sobre un chip de captura de iones dentro de un vacío, que se manipula con láseres. Los investigadores también diseñaron secuencias de operaciones para que los errores no se multipliquen incontrolablemente, lo que se conoce como "tolerancia a fallas".

Gracias a esos esfuerzos, el nuevo qubit lógico tenía una tasa de error más baja que la de los componentes más defectuosos que lo componían, dice el físico cuántico Christopher Monroe de la Universidad de Maryland en College Park y la Universidad de Duke.

Sin embargo, el equipo no completó del todo el proceso completo previsto para la corrección de errores. Si bien la computadora detectó los errores que surgieron, los investigadores no corrigieron los errores y continuaron con el cálculo. En cambio, corrigieron los errores una vez que la computadora estuvo terminada. En un ejemplo completo, los científicos detectarían y corregirían errores varias veces sobre la marcha.

Demostrar la corrección de errores cuánticos es una necesidad para construir computadoras cuánticas útiles. “Es como lograr la criticidad con la fisión [nuclear]”, dice Schuster. Una vez que se pasó la barrera de la ciencia nuclear en 1942 , condujo a tecnologías como la energía nuclear y las bombas atómicas ( SN: 29/11/17 ).

A medida que las computadoras cuánticas se acercan gradualmente a la utilidad práctica, las empresas están invirtiendo en los dispositivos. Empresas de tecnología como IBM , Google e Intel albergan importantes iniciativas de computación cuántica. El 1 de octubre, una empresa de computación cuántica cofundada por Monroe, llamada IonQ , se hizo pública; Monroe habló con Science News durante un viaje por carretera para tocar el timbre de apertura en la Bolsa de Valores de Nueva York.

El nuevo resultado sugiere que la corrección de errores cuánticos en toda regla está casi aquí, dice el coautor Kenneth Brown, un ingeniero cuántico también en la Universidad de Duke. "Realmente demuestra que podemos unir todas las piezas y realizar todos los pasos".

CITAS

L. Egan y col . Control tolerante a fallas de un qubit con corrección de errores . Naturaleza. Publicado en línea el 4 de octubre de 2021. doi: 10.1038 / s41586-021-03928-y.

Emily Conover

Acerca de Emily Conover

La escritora de física Emily Conover tiene un doctorado. en física de la Universidad de Chicago. Ha ganado dos veces el premio Newsbrief de la DC Science Writers ´Association.