Diseñan nuevo método para blindar el desempeño de las computadoras cuánticas de ruido y errores
Las computadoras cuánticas prometen un avance exponencial en la velocidad de procesamiento en comparación con las capacidades de los ordenadores tradicionales basados en bits. La tecnología del qubit, la unidad mínima de información cuántica, ofrece ventajas indiscutibles, aunque aún enfrenta retos fundamentales de arquitectura que impiden su aprovechamiento pleno en el día a día.
Uno de esos desafíos, oculto en gran parte por el lenguaje técnico en el que está envuelto, es la confiabilidad de las puertas cuánticas. Imagínalas de la siguiente forma: si los qubits son los bloques fundamentales para construir un edificio, las puertas cuánticas ofrecen las instrucciones que dicen cómo se deben ensamblar esos bloques, así como las herramientas para cambiar la forma de los bloques. En el contexto de la computación cuántica, estas puertas representan las operaciones básicas del procesador.
Aunque constituyen una parte fundamental del cómputo cuántico, las operaciones implementadas por las puertas cuánticas son susceptibles a errores, siendo la decoherencia de los qubits una de las principales causas. Por muy bueno que sea el qubit o sin importar cuántos funcionen en un solo lugar, el desempeño de una máquina cuántica está limitado por precisión de las puertas, que forman los cimientos sobre los que se construyen después los algoritmos.
Incrementar la fiabilidad de las puertas mediante diversos protocolos es, por tanto, crucial para avanzar en la búsqueda de una computación cuántica tolerante a fallas.
El nuevo protocolo para corregir errores en puertas
Desde la Universidad del Sur de California llega una posible solución. Investigadores liderados por el profesor Daniel Lidar presentaron un nuevo protocolo de evaluación de puertas cuánticas denominado benchmarking determinista (DB, por su nombre en inglés). Este método permite identificar tipos específicos de ruido y errores de manera más detallada y eficiente en comparación con otras técnicas de corrección.
Los benchmarking son evaluaciones de desempeño. Se pueden ejecutar en teléfonos y también en el núcleo de una computadora cuántica para poder identificar los errores que existen en circuitos, procesadores y puertas lógicas. En el caso de las puertas cuánticas hay dos categorías de errores: los coherentes e incoherentes. Aprender a diferenciarlos eficazmente permitirá corregirlos mediante calibraciones precisas y, en consecuencia, aumentar la confiabilidad del sistema.
Hasta el momento, uno de los protocolos de identificación de errores más empleados para identificar errores es el benchmarking aleatorio, que aplica un muestreo aleatorio de puertas hasta encontrar un valor promedio. El método propuesto por el equipo de Lidar, en cambio, se basa en un conjunto pequeño y fijo de secuencias diseñadas para detectar fuentes específicas de error (de ahí el nombre “determinista”).
Los científicos de Caltech se inspiraron en el demonio de Maxwell para ampliar los límites de control sobre los átomos, y alcanzar por primera vez el hiperentrelazamiento con partículas masivas.
“Nuestro nuevo protocolo puede identificar tanto errores coherentes como incoherentes con solo unos pocos experimentos sencillos, haciéndolo mucho más eficiente que los enfoques actuales”, resume el autor principal del estudio publicado en la revista académica, Chemical Reviews.
“Lo singular de nuestro enfoque es que permite distinguir claramente entre diferentes tipos de errores cuánticos”, añade el profesor Eli Levenson-Falk, coautor del trabajo. “Esto es crucial porque ciertos tipos de errores, en particular los errores coherentes, pueden ser más destructivos para los algoritmos cuánticos y requieren diferentes estrategias de mitigación”.
La investigación tiene implicaciones significativas para aplicaciones en química cuántica y ciencia de materiales, donde las operaciones precisas de puertas son esenciales para lograr simulaciones confiables de sistemas moleculares. Además, refuerza las bases de las computadoras cuánticas para que algún día tengan aplicaciones en el día a día.
