Un estudio dirigido por físicos de la Universidad de Swansea en Gales, realizado por un equipo internacional de investigadores y publicado en la revista Revisión física X muestra que las tecnologías de trampa de iones disponibles en la actualidad son adecuadas para construir computadoras cuánticas a gran escala. Los científicos introducen protocolos de corrección de errores cuánticos de iones atrapados que detectan y corrigen errores de procesamiento.

Para alcanzar su máximo potencial, Los prototipos de computadoras cuánticas de hoy tienen que cumplir con criterios específicos:Primero, tienen que hacerse más grandes, lo que significa que deben constar de un número considerablemente mayor de bits cuánticos. Segundo, tienen que ser capaces de procesar errores. "Aún fallamos en la ejecución de cálculos complejos porque el ruido ambiental y los errores hacen que el sistema se salga de control, ", dice el físico cuántico Rainer Blatt en Innsbruck." Mediante el uso de la corrección de errores cuánticos, podemos responder mejor a este desafío ". Las computadoras clásicas utilizan esquemas similares para detectar y corregir errores durante el almacenamiento y la transferencia de datos:antes de que los datos se almacenen y transfieran, La redundancia se agrega a los datos generalmente en forma de bits adicionales que detectan y corrigen errores. Los científicos han desarrollado esquemas comparables para computadoras cuánticas, donde la información cuántica se codifica en varios bits cuánticos físicos entrelazados. "Aquí explotamos las propiedades de la mecánica cuántica para la detección y corrección de errores, "explica Markus Müller de la Universidad de Swansea, Gales. "Si podemos mantener el ruido por debajo de cierto umbral, seremos capaces de construir computadoras cuánticas que puedan realizar cálculos cuánticos de complejidad arbitraria aumentando en consecuencia el número de bits cuánticos entrelazados ".

Atrapando iones en un laberinto

Markus Müller y su colega Alejandro Bermúdez Carballo explican que para lograr este objetivo, las capacidades de las plataformas tecnológicas deben explotarse de manera óptima. "Para una corrección de errores beneficiosa, necesitamos circuitos cuánticos que sean estables y funcionen de manera confiable en condiciones realistas, incluso si ocurren errores adicionales durante la corrección de errores, ", explica Bermúdez. Introdujeron nuevas variantes de protocolos tolerantes a fallas e investigaron cómo se pueden implementar con las operaciones actualmente disponibles en computadoras cuánticas. Los investigadores encontraron que una nueva generación de trampas de iones segmentados ofrece condiciones ideales para el proceso:los iones se pueden transportar. rápidamente a través de diferentes segmentos de la matriz de trampas. Los procesos sincronizados con precisión permiten operaciones paralelas en diferentes regiones de almacenamiento y procesamiento. Al usar dos tipos diferentes de iones en una trampa, los científicos pueden usar un tipo como portadores de los qubits de datos, mientras que el otro puede usarse para la medición de errores, supresión de ruido y enfriamiento.

Una nueva generación de computadoras cuánticas

Sobre la base de la experiencia experimental de grupos de investigación en Innsbruck, Maguncia, Los investigadores de Zurich y Sydney definieron criterios que permitirán a los científicos determinar si la corrección de errores cuánticos es beneficiosa. Al usar esta información, pueden guiar el desarrollo de futuras computadoras cuánticas con trampa de iones con el objetivo de realizar un bit cuántico lógico en un futuro cercano que, debido a la corrección de errores, excede las propiedades de un bit cuántico físico puro.

El grupo de investigación de Simon Benjamin en la Universidad de Oxford mostró a través de complejas simulaciones numéricas de los nuevos protocolos de corrección de errores cómo se debe construir el hardware de las computadoras cuánticas con trampa de iones de próxima generación para poder procesar información con tolerancia a fallas. "Nuestros resultados numéricos muestran claramente que las tecnologías de trampa de iones de vanguardia son adecuadas para servir como plataformas para la construcción de computadoras cuánticas tolerantes a fallas a gran escala, "explica Benjamín.