Computación cuántica sin errores

En los ordenadores modernos, los errores durante el procesamiento y el almacenamiento de la información se han convertido en una rareza gracias a la alta calidad de la fabricación. Sin embargo, para las aplicaciones críticas, en las que incluso un solo error puede tener efectos graves, se siguen utilizando mecanismos de corrección de errores basados en la redundancia de los datos procesados.

Los ordenadores cuánticos son intrínsecamente mucho más susceptibles a las perturbaciones y, por tanto, probablemente siempre requerirán mecanismos de corrección de errores, porque de lo contrario los errores se propagarán sin control en el sistema y se perderá información. Dado que las leyes físicas de la mecánica cuántica impiden copiar la información cuántica, la redundancia puede lograrse distribuyendo la información cuántica lógica en un estado entrelazado de varios sistemas físicos, por ejemplo, múltiples átomos individuales.

El equipo internacional de Thomas Monz, de la Universidad de Innsbruck en Austria, ha conseguido ahora por primera vez realizar un conjunto de operaciones computacionales en dos bits cuánticos lógicos que pueden utilizarse para posibilitar cualquier operación posible.

Para un ordenador cuántico que deba emplearse de manera práctica, se necesita un conjunto universal de puertas lógicas con las que se puedan programar todos los algoritmos, tal como explica Lukas Postler, del equipo de investigación y desarrollo.

Postler y sus colegas implementaron este conjunto de puertas universales en un ordenador cuántico de trampa de iones con 16 átomos atrapados. La información cuántica se almacenó en dos bits cuánticos lógicos, cada uno distribuido en siete átomos.

De este modo se ha logrado, por vez primera, hacer funcionar dos puertas lógicas en estos bits cuánticos tolerantes a fallos, un paso necesario para establecer un conjunto universal de puertas lógicas.

Recreación artística del funcionamiento de los componentes básicos del nuevo sistema de computación cuántica sin errores. (Ilustración: Uni Innsbruck / Harald Ritsch)

Los investigadores han implementado las operaciones en los qubits (bits cuánticos) lógicos de tal manera que los errores causados por las operaciones físicas subyacentes también pueden ser detectados y corregidos. Así, han puesto en marcha la primera implementación tolerante a fallos de un conjunto universal de puertas lógicas sobre bits cuánticos lógicos codificados.

Monz y sus colegas han demostrado ya todos los componentes de la computación tolerante a fallos en un ordenador cuántico. La tarea a partir de ahora consiste en aplicar estos métodos en ordenadores cuánticos más grandes y, por tanto, más útiles. Los métodos demostrados en Innsbruck en un ordenador cuántico con trampa de iones también pueden utilizarse en otras arquitecturas de ordenadores cuánticos.

El equipo de Monz expone los detalles técnicos de su nuevo sistema cuántico en la revista académica Nature, bajo el título “Demonstration of fault-tolerant universal quantum gate operations”. (Fuente: NCYT de Amazings)

Fuente:

R. (2022aq, junio 2). Computación cuántica sin errores. Noticias de la Ciencia y la Tecnología (Amazings® / NCYT®). Recuperado 2 de junio de 2022, de https://noticiasdelaciencia.com/art/44355/computacion-cuantica-sin-errores