2024-09-10Un ordenador cuántico corrigió sus propios errores, mejorando sus cálculos
Science News |Es un paso en la dirección correcta para una computación cuántica confiable.Por primera vez, una computadora cuántica ha mejorado sus resultados corrigiendo repetidamente sus propios errores a mitad del cálculo con una técnica llamada corrección de errores cuánticos.
Los científicos saben desde hace mucho tiempo que las computadoras cuánticas necesitan corrección de errores para alcanzar su potencial. para resolver problemas que dejan perplejos a los ordenadores estándar, “clásicos” (SN: 22/6/20). Los ordenadores cuánticos calculan con bits cuánticos, o qubits, que están sujetos a la física cuántica pero sufren vibraciones que dan lugar a errores.
En la corrección de errores cuánticos, se combinan varios cúbits defectuosos para formar cúbits confiables, llamados cúbits lógicos, que luego se utilizan para realizar el cálculo. Los esfuerzos anteriores descubrieron que la corrección de errores empeoraba los cálculos, en lugar de mejorarlos, o detectaba errores pero en realidad no los solucionaba (SN: 4/10/21).
Ahora, los científicos han realizado rondas repetidas de operaciones y corrección de errores en ocho cúbits lógicos, informaron investigadores de Microsoft y la empresa de computación cuántica Quantinuum el 10 de septiembre en el Congreso Mundial Cuántico en Tysons, Virginia, y en un artículo publicado en línea en arXiv.org. Las operaciones realizadas en el cálculo imbuyeron a los cúbits de correlaciones llamadas entrelazamiento cuántico. El cálculo corregido tuvo una tasa de error de aproximadamente una décima parte de la de uno realizado con los cúbits originales, propensos a errores, que se denominan cúbits "físicos".
Los investigadores también entrelazaron 12 cúbits lógicos, la mayor cantidad de cúbits lógicos jamás entrelazados. La tasa de error para este estado entrelazado fue menos de una vigésima parte de la del estado equivalente logrado utilizando los cúbits físicos defectuosos iniciales de la computadora.
“La corrección de errores está funcionando; esto es muy importante”, afirma la científica informática Krysta Svore de Microsoft. “Esta es la dirección que debemos seguir para lograr una computación cuántica confiable”.
Los investigadores utilizaron un ordenador cuántico desarrollado por la empresa Quantinuum, con 56 qubits formados por átomos o iones cargados eléctricamente. Esos qubits se combinaron para formar los qubits lógicos.
Para corregir errores, existen diversos esquemas, y cada uno de ellos puede corregir un número determinado de errores. El dispositivo del estudio utilizó un esquema de corrección de errores que sólo podía corregir un error. Si el ordenador cometía dos errores, los investigadores no podían corregir el error y, en su lugar, detectaban los errores y descartaban el resultado para evitar resultados inexactos.
En otro hito reciente, los investigadores de Google informaron el 24 de agosto en arXiv.org que la corrección de errores aumenta el tiempo durante el cual un cúbit puede almacenar información en la memoria, aunque el equipo no realizó cálculos con él. En conjunto, los resultados de Microsoft y Google están "mostrando que la corrección de errores funciona como esperamos", dice Ken Brown, ingeniero cuántico de la Universidad de Duke y asesor científico de la empresa de computación cuántica IonQ. "Eso es realmente prometedor".
Pero se necesitan más mejoras. El resultado de Microsoft no llega a demostrar que se trata de un ordenador cuántico universal, que pueda realizar todas las operaciones que un ordenador cuántico es capaz de hacer. “Ese es el próximo gran desafío, conseguir suficientes recursos… para que realmente se pueda hacer computación cuántica universal completa en muchos cúbits lógicos”, dice Brown.
En otro estudio, los investigadores de Microsoft combinaron computación clásica de alto rendimiento, inteligencia artificial y computación cuántica para realizar un cálculo químico . El cálculo se puede realizar sin una computadora cuántica, pero el estudio fue una prueba de concepto. El cálculo utilizó dos cúbits lógicos y los investigadores descubrieron que los resultados eran mejores en comparación con un cálculo realizado con los cúbits físicos propensos a errores.
En el futuro, cuando los ordenadores cuánticos tengan más cúbits lógicos, estos cálculos químicos podrían desvelar secretos a los que los ordenadores clásicos no pueden acceder. Los científicos esperan que las máquinas puedan revelar cómo fabricar fertilizantes de forma más eficiente o cómo extraer carbono de la atmósfera para combatir el calentamiento global. “En esencia, queremos salvar y alimentar a nuestro planeta”, afirma Svore.
Nota del editor: Esta historia se actualizó el 10 de septiembre de 2024 para aclarar el papel de Ken Brown en IonQ.
Citas
R. Hazra. Perspectiva de la industria: Quantinuum. Congreso Mundial Cuántico, Tysons, Virginia, 10 de septiembre de 2024.
J. Zander y K. Svore. Perspectiva de la industria: Microsoft. Congreso Mundial Cuántico, Tysons, Virginia, 10 de septiembre de 2024.
BW Reichardt et al. Demostración de computación cuántica y corrección de errores con un código tesseract. arXiv:2409.04628. Enviado el 6 de septiembre de 2024.
Microsoft Azure Quantum. Simulación cuántica de extremo a extremo de un sistema químico. arXiv:2409.05835. Enviado el 9 de septiembre de 2024.
R. Acharya et al. Corrección de errores cuánticos por debajo del umbral del código de superficie. arXiv:2408.13687. Enviado el 24 de agosto de 2024.
Acerca de Emily Conover
Emily Conover, escritora de física, tiene un doctorado en física de la Universidad de Chicago. Ha ganado dos veces el premio Newsbrief de la Asociación de Escritores Científicos de DC.
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