Computadoras cuánticas que son más poderosas que las supercomputadoras más rápidas podría estar más cerca de lo que predijeron los expertos, sostienen los investigadores de la startup Nord Quantique.
Esto se debe a que la compañía ha construido un qubit físico individual de corrección de errores que podría reducir drásticamente la cantidad de qubits necesarios para lograr una ventaja cuántica (que es donde las computadoras cuánticas son realmente útiles).
Con el tiempo, esto podría conducir a una máquina que alcance la supremacía cuántica, donde una computadora cuántica sea más poderosa que las computadoras clásicas.
A diferencia de los bits clásicos que codifican datos como 1 o 0, los qubits se basan en las leyes de mecánica cuántica para lograr «coherencia» y codificar datos como una superposición de 1 o 0, lo que significa que los datos se codifican en ambos estados simultáneamente.
En computadoras cuánticasse pueden unir varios qubits a través de entrelazamiento cuántico (donde los qubits pueden compartir la misma información sin importar qué tan separados estén en el tiempo o el espacio) para procesar cálculos en paralelo, mientras que las computadoras clásicas solo pueden procesar cálculos en secuencia.
Pero los qubits son «ruidosos», lo que significa que son muy propensos a sufrir interferencias de su entorno, como cambios de temperatura, lo que conduce a altas tasas de error. Por esa razón, a menudo es necesario enfriarlos hasta casi cero absolutopero incluso entonces pueden caer en la «decoherencia» a mitad de los cálculos y fallar debido a factores externos.
Relacionado: ¿Cómo podría este nuevo tipo de qubit a temperatura ambiente marcar el comienzo de la siguiente fase de la computación cuántica?
Esta alta tasa de error significa que una computadora cuántica necesitaría tener millones de qubits para alcanzar la supremacía cuántica. Pero las computadoras cuánticas más potentes de la actualidad contienen sólo 1.000 qubits.
Es por eso que la investigación se centra principalmente en reducir la tasa de error de qubit. Una forma de reducir los errores es construir un «qubit lógico», en el que varios qubits se entrelazan para comportarse como un qubit efectivo y libre de errores durante los cálculos. Esto se basa en la redundancia, un concepto en informática en el que los mismos datos se almacenan en varios lugares.
Un qubit físico que se comporta como un qubit lógico
Los científicos de Nord Quantique han adoptado un enfoque diferente, en lugar de diseñar un qubit físico individual y luego aplicar «códigos bosónicos» durante la operación para reducir los errores a nivel de qubit individual. Describieron sus hallazgos en un estudio publicado el 12 de abril en la revista Cartas de revisión física. Los códigos bosónicos son códigos de corrección de errores diseñados específicamente para sistemas que utilizan modos bosónicos, como fotones. Explotan las propiedades cuánticas de los bosones para proteger la información contra errores.
Los científicos de Nord Quantique construyeron un «qubit bosónico», que tiene aproximadamente el tamaño de una nuez, a partir de hasta 10 fotones de microondas, o partículas de luz, que resuenan en una cavidad de aluminio superconductor de alta pureza, que se enfría hasta casi el cero absoluto.
Luego, los códigos bosónicos se aplicaron mientras se realizaban cálculos para corregir dos tipos de errores cuánticos: «bit-flips», o cuando los ceros y los unos se leen entre sí; y «cambios de fase», cuando se invierte la probabilidad de que un qubit sea positivo o negativo.
Sus códigos bosónicos ampliaron el tiempo de coherencia de los qubits individuales en un 14%, lo que, según los científicos, es el mejor resultado hasta la fecha. Las simulaciones también mostraron que la corrección de errores no sólo es viable sino que probablemente sea más eficaz al agregar qubits adicionales al qubit único existente, escribieron los científicos en su artículo.
Usar solo cientos de estos qubits en una computadora cuántica podría conducir a una ventaja cuántica, en lugar de los millones de qubits que los científicos pensaban anteriormente que necesitaríamos, coautor del estudio y director de tecnología de Nord Quantique. Julien Camirand Lemyre, dijo a WordsSideKick.com. La mayor vida útil del qubit, gracias al diseño, junto con las velocidades de reloj operativas declaradas de hasta 1.000 veces más que las máquinas comparables, significa que se pueden realizar muchos más cálculos en esta breve ventana. Significa que no se requiere la «sobrecarga» de qubits redundantes en comparación con una máquina que no utiliza corrección de errores o incluso una con qubits lógicos.
La carrera por construir una computadora cuántica libre de fallas
Otras empresas, como Quantinuum y QuEra, están utilizando diferentes enfoques para reducir la tasa de error, pero la mayoría depende de qubits lógicos. Lemyre argumentó que el enfoque de su empresa es mejor que este método de «fuerza bruta».
«El enfoque de Nord Quantique para construir qubits implica construir la redundancia necesaria para la corrección de errores directamente en el hardware que compone cada qubit físico. Entonces, en cierto sentido, estamos convirtiendo qubits físicos en qubits lógicos mediante una combinación de nuestra arquitectura única y el uso de lo que llamamos códigos bosónicos», dijo Lemyre.
Aun así, persisten obstáculos a la supremacía cuántica. Lemyre señaló que las computadoras cuánticas más grandes necesitarán «un puñado de qubits físicos» para corregir los pocos errores que los códigos bosónicos omiten.
El siguiente paso de la compañía es terminar de construir un sistema, previsto para el otoño de este año, con múltiples qubits físicos de corrección de errores. Si todo va según lo planeado, Nord Quantique espera lanzar una computadora cuántica con alrededor de 100 de estos qubits para 2028, dijo Lemyre.