El ajuste de un estudiante en el código de computación cuántica podría duplicar su capacidad para detectar errores, despertando el interés del programa de computación cuántica de Amazon. El nuevo código podría usarse para construir computadoras cuánticas que cumplan con las promesas de un tiempo de procesamiento ultrarrápido y la capacidad de resolver problemas más complejos que los que pueden manejar las computadoras tradicionales. Hasta ahora, sólo dos computadoras han alcanzado la “supremacía cuántica”, o la capacidad de completar un cálculo cuántico más rápido que la supercomputadora más rápida. Pero ninguna de esas computadoras usó códigos de corrección de errores que serán necesarios para escalar la computación cuántica para un uso generalizado y confiable, dijeron los investigadores del nuevo estudio.
La computación regular depende de los “bits”, que son como interruptores que pueden alternar entre la posición “encendido” y “apagado”. La posición de los bits codifica información. La computación cuántica agrega una capa de complejidad al aprovechar el hecho de que a escalas muy, muy pequeñas, las propiedades físicas se vuelven extrañas: los qubits, las versiones cuánticas de los bits, pueden estar activados y desactivados al mismo tiempo, un estado llamado superposición. Los qubits también pueden enredarse, lo que significa que aunque no estén en contacto físico, el estado de uno impacta el estado del otro. Lo que esto significa es que las computadoras cuánticas pueden codificar información de formas más complejas almacenando información en estos extraños estados cuánticos. Los qubits pueden estar hechos de múltiples tipos diferentes de partículas cuánticas, y la información se puede codificar a través de una red de qubits para que el daño a un solo qubit no destruya la información.
Propenso a errores
Sin embargo, hay una trampa. Los qubits son sensibles a las perturbaciones ambientales y, por lo tanto, son propensos a errores. Estos errores limitan la eficiencia de la computación cuántica, que es una de las razones por las que el campo aún está en su infancia, dijo en un comunicado el autor principal del estudio, Pablo Bonilla Ataides, estudiante de pregrado de la Universidad de Sydney. Bonilla dirigió el desarrollo del nuevo código como parte de su proyecto de física de segundo año. Google, IBM y otros grupos académicos y de la industria están trabajando para construir computadoras cuánticas, pero hasta ahora son experimentales.
“Realmente estamos trabajando en cómo unir las piezas de las computadoras cuánticas de tal manera que si salen mal, y van a ir mal, la computadora cuántica seguirá funcionando al final”, dijo Benjamin Brown, coautor del estudio y físico cuántico de la Universidad de Sydney.
Bonilla y Brown, junto con sus colegas, descubrieron un ajuste de codificación para corregir los errores que hacen que las computadoras cuánticas no sean confiables. El cambio involucra un código especializado que corrige errores que se sabe que son más comunes que otros tipos, dijo Brown a Live Science.
En una computadora clásica no cuántica, los bits codifican información con una serie de 0 y 1. El único tipo de error que puede ocurrir en este sistema es un error de “inversión de bit”, en el que un 1 se convierte en un 0 o viceversa. Estos errores son bastante raros en la informática tradicional.
Los errores de inversión de bits también ocurren en la computación cuántica. Pero debido a que los qubits son más complejos que los bits tradicionales, también pueden tener errores más complejos. Otro tipo de error común en la computación cuántica es el error de desfase. En este caso, el valor de la información cambia de positivo a negativo o viceversa. Siguiendo con 0 y 1 (aunque los sistemas cuánticos no son en realidad binarios como las computadoras tradicionales), esto sería como un 1 positivo cambiando a un 1 negativo. Estos errores pueden ocurrir por muchas razones físicas diferentes, dijo Brown. Los qubits pueden cambiar su momento angular o girar. Pueden desenredarse entre sí, o enredarse inadvertidamente con el mundo exterior. Cualquiera que sea la causa, el resultado es una pérdida de información.
“Si algunos de los bits comienzan a cambiar del estado en el que se supone que debe estar a uno diferente, al final le dará las respuestas incorrectas y no será de mucha utilidad”, dijo Brown.
Arreglando errores cuánticos
El nuevo código duplica la supresión de errores en comparación con el código de corrección de errores anterior, dijo Bonilla en el comunicado. Los investigadores lograron esto de una manera sorprendentemente simple: simplemente rotaron las coordenadas en cada otro qubit del sistema. Si cada qubit fuera una esfera, y cada pieza de información codificada en el qubit fuera un punto en esa esfera, el código rotaría la mitad de las esferas para que abajo se definiera como arriba y arriba se definiera como abajo. Esta estructura protege la información de errores de eliminación de fase y al mismo tiempo mantiene la protección contra errores de inversión de bits.
Los investigadores ahora están colaborando con científicos de la Universidad de Yale y Amazon Web Services que están desarrollando qubits que funcionan bien con este tipo de código, dijo Brown.
“Esperamos impulsarlo para ayudar realmente a construir una computadora cuántica”, dijo.
Los investigadores describieron su nuevo estudio el 12 de abril en la revista Nature Communications.
Fuente: Live Science.
