A nadie le gusta el ruido cuando está resolviendo un problema difícil. Q ordenadores uantum no son diferentes, y ahora los investigadores han ideado una nueva manera de estimar cómo el ruido puede lanzar sus cálculos fuera, un gran paso hacia la fabricación de la tecnología práctica.
Los estados cuánticos en el corazón de las computadoras cuánticas de hoy son cosas frágiles. Son muy susceptibles a perturbaciones, desde campos magnéticos extraviados hasta minúsculas imperfecciones en la electrónica de control o los materiales utilizados para construir el dispositivo.
Estas fuentes de ruido pueden hacer que los errores se introduzcan fácilmente en los cálculos, por lo que encontrar formas de caracterizarlos y mitigarlos adecuadamente será esencial para construir computadoras cuánticas que puedan resolver problemas del mundo real.
Si bien en el futuro es posible que podamos construir computadoras cuánticas que sean menos propensas a las perturbaciones, mientras tanto, necesitaremos encontrar formas de mitigar los errores que causan. Una barrera importante para la construcción de computadoras cuánticas más grandes es que es probable que requiera múltiples qubits dedicados a la corrección de errores para cada qubit utilizado en los cálculos.
Pero hacer ese tipo de corrección de errores primero requiere que comprenda el ruido que está causando, un problema que no es trivial. Los enfoques actuales para caracterizar este ruido proporcionan una sola cifra, que es demasiado simplista para guiar una corrección de errores sofisticada, o solo funcionan para dispositivos más pequeños que las decenas de qubits que se ven en las computadoras cuánticas de última generación.
Ahora, sin embargo, los investigadores de la Universidad de Sydney han demostrado una nueva técnica que proporciona una imagen detallada y precisa del ruido a través de una red de qubits y, en teoría, es capaz de escalar a tantos qubits como sea necesario. Describen su algoritmo en un artículo en Nature Physics .
“ Nuestros experimentos dan la primera demostración de un protocolo que es práctico, relevante y de aplicación inmediata para caracterizar las tasas de error y los errores correlacionados en los dispositivos actuales con una gran cantidad de qubits”, escriben los autores. “Este protocolo abre innumerables oportunidades para nuevas herramientas de diagnóstico y aplicaciones prácticas”.
Cuando se trata de sistemas cuyos componentes individuales pueden interactuar entre sí, como es el caso de los qubits en una computadora cuántica, el número de interacciones posibles puede aumentar exponencialmente a medida que lo hace el número de componentes.
Para evitar este problema, los investigadores idearon varios atajos y simplificaciones que ayudan a enfocarse en las interacciones más importantes, haciendo que los cálculos sean manejables y al mismo tiempo brindando un resultado lo suficientemente preciso como para ser prácticamente útil.
Para probar su enfoque, lo pusieron a trabajar en una computadora cuántica IBM de 14 qubit a la que se accede a través del servicio IBM Quantum Experience de la compañía. Pudieron visualizar correlaciones entre todos los pares de qubits e incluso descubrieron interacciones de largo alcance entre qubits que no se habían detectado previamente y serán cruciales para crear dispositivos con corrección de errores.
También utilizaron simulaciones para demostrar que podían aplicar el algoritmo a una computadora cuántica de hasta 100 qubits sin que los cálculos se volvieran intratables. Además de ayudar a diseñar protocolos de corrección de errores para cancelar los efectos del ruido, los investigadores dicen que su enfoque también podría usarse como una herramienta de diagnóstico para descubrir los orígenes microscópicos del ruido.
Todavía queda un largo camino por recorrer hasta que las computadoras cuánticas sean lo suficientemente grandes como para resolver problemas prácticamente útiles. Pero al menos ahora sabemos que cuando llegan, vamos a ser capaces de proteger sus qubits delicados desde el alboroto cuántica pasando a su alrededor.
Fuente:
<p; tab-interval=”36pt”>Gent, E. (2020, 14 agosto). New Algorithm Paves the Way Towards Error-Free Quantum Computing. Singularity Hub. https://singularityhub.com/2020/08/14/new-algorithm-paves-the-way-towards-error-free-quantum-computing/</p;>