La computación cuántica está a punto de catapultar la revolución digital a nuevas alturas. El procesamiento turboalimentado promete diagnosticar instantáneamente dolencias de salud y proporcionar un rápido desarrollo de nuevos medicamentos; acelerar enormemente el tiempo de respuesta en los sistemas de inteligencia artificial para operaciones urgentes como la conducción autónoma y los viajes espaciales; optimizar el control del tráfico en ciudades congestionadas; ayudar a los aviones a navegar mejor en turbulencias extremas; acelerar el pronóstico del tiempo para preparar mejor a las localidades que enfrentan posibles desastres y optimizar los sistemas de la cadena de suministro para lograr tiempos de entrega más eficientes y ahorros de costos.
Pero aún no hemos llegado a ese punto. Uno de los mayores obstáculos a los que se enfrentan las operaciones cuánticas es la corrección de errores.
El precio de operaciones más rápidas en sistemas cuánticos es una mayor tasa de error. Las computadoras cuánticas son muy susceptibles al ruido, como las señales electromagnéticas, los cambios de temperatura y las perturbaciones en el campo magnético de la Tierra. Este tipo de ruido provoca errores.
Los qubits, los componentes específicos de la computación cuántica, son en sí mismos propensos a errores. Los fallos en las frecuencias, los niveles de energía y la fuerza del acoplamiento pueden provocar errores de cálculo.
A diferencia de los bits de computadora estándar que se copian de manera confiable la mayor parte del tiempo, los qubits, por su propia naturaleza, no se pueden clonar sin que se introduzcan errores. Los bits almacenan estados de dígitos binarios fácilmente replicables, mientras que los qubits almacenan datos en un estado cuántico matemático complejo que puede alterarse durante la copia. Además, los qubits envejecen rápidamente y el deterioro puede provocar errores.
Los investigadores de IBM Quantum dicen que han desarrollado un sistema que mejora drásticamente la detección de errores en la computación cuántica. En una publicación en línea del 28 de agosto, explicaron el desafío: “La corrección de errores clásica estándar sólo necesita corregir errores de inversión de bits”, dijo el investigador de IBM Sergey Bravyi.
“Las computadoras cuánticas deben corregir más tipos de errores, como errores de fase que pueden corromper la información cuántica adicional que transportan los qubits. Las técnicas deben [también] corregir errores sin la capacidad de copiar estados cuánticos desconocidos y sin destruir el estado cuántico subyacente”.
En su artículo de investigación, los investigadores de IBM describieron un proceso que, según afirman, reduce en gran medida el arsenal necesario que se utiliza actualmente en la computación cuántica para detectar errores. Los códigos de superficie de computadora estándar se han utilizado con éxito durante mucho tiempo para corregir errores. Se trata de cuadrículas bidimensionales que se asemejan a un tablero de ajedrez. La corrección de errores eficiente para qubits es más desafiante.
Bravyi dice que muchos expertos estiman que la computación cuántica tolerante a fallas requeriría millones de qubits, “un número que creemos que es demasiado grande para ser práctico en esta etapa de desarrollo”.
La solución de IBM, un código mejorado y un rediseño de la ubicación de los qubits, logra resultados que requieren una décima parte del número de qubits físicos que se utilizan actualmente en la corrección de errores.
“La corrección práctica de errores está lejos de ser un problema resuelto”, reconocieron los investigadores en un artículo titulado “Memoria cuántica tolerante a fallas de alto umbral y baja sobrecarga” publicado el 15 de agosto en el servidor de preimpresión arXiv.
“Sin embargo, estos nuevos códigos y otros avances en el campo están aumentando nuestra confianza en que la computación cuántica tolerante a fallas no sólo es posible, sino que es posible sin tener que construir una computadora cuántica excesivamente grande”.
Actualmente, su enfoque sólo funciona con la memoria cuántica y no con la potencia computacional.
“Estas técnicas son un trampolín hacia un mundo de computación tolerante a fallas”, dice Bravyi, “y este nuevo… código está acercando ese mundo. Es un resultado prometedor que nos señala hacia dónde debemos buscar a continuación códigos de corrección de errores aún mejores”.
Fuente: Phys.org.
