Los científicos de la Universidad de Sydney han demostrado por primera vez una mejora en las computadoras cuánticas mediante el uso de códigos diseñados para detectar y descartar errores en las puertas lógicas de tales máquinas.

"Esta es realmente la primera vez que el beneficio prometido para las puertas lógicas cuánticas de la teoría se ha realizado en una máquina cuántica real". "dijo el Dr. Robin Harper, autor principal de un nuevo artículo publicado esta semana en la prestigiosa revista, Cartas de revisión física .

Las puertas lógicas cuánticas están formadas por redes entrelazadas de una pequeña cantidad de bits cuánticos, o qubits. Son los interruptores que permiten a las computadoras cuánticas ejecutar algoritmos, o recetas, para procesar información y realizar cálculos.

El Dr. Harper y su colega, el profesor Steven Flammia, de la Escuela de Física y el Nano Institute de la Universidad de Sydney, usó la computadora cuántica de IBM para probar los códigos de detección de errores. Demostraron una mejora de un orden de magnitud en la reducción de la infidelidad, o tasas de error, en puertas de lógica cuántica, los interruptores que formarán la base de las computadoras cuánticas en pleno funcionamiento.

Dr. Jay Gambetta, IBM Fellow y científico teórico principal de IBM Q, dijo:"Este documento es un gran ejemplo de cómo los científicos pueden usar nuestros sistemas en la nube disponibles públicamente para investigar problemas fundamentales. Aquí Harper y Flammia muestran que las ideas de tolerancia a fallas se pueden explorar en dispositivos reales que estamos construyendo y ya implementando, hoy dia."

Las tecnologías cuánticas están todavía en su infancia, pero prometen revolucionar la informática en el siglo XXI al realizar cálculos que se cree que están más allá de la capacidad de las supercomputadoras más grandes y rápidas.

Lo harán utilizando las propiedades inusuales de la materia a escala cuántica que les permiten procesar información utilizando qubits. Estos son elementos informáticos que utilizan el hecho de que los objetos cuánticos pueden existir en un estado indeterminado, conocido como superposición, y puede enredarse un fenómeno que describe un comportamiento que no se ve en las computadoras convencionales.

Sin embargo, El 'ruido' electrónico interrumpe fácilmente estos estados, producir rápidamente errores en los cálculos cuánticos, lo que dificulta mucho el desarrollo de máquinas útiles.

"Los dispositivos actuales tienden a ser demasiado pequeños, con interconectividad limitada entre qubits y son demasiado 'ruidosos' para permitir cálculos significativos, "Dijo el Dr. Harper." Sin embargo, son suficientes para actuar como bancos de prueba para la prueba de conceptos de principio, como detectar y potencialmente corregir errores utilizando códigos cuánticos ".

Mientras que los interruptores clásicos de su computadora portátil o teléfono móvil pueden funcionar durante muchos años sin errores, en esta etapa, los interruptores cuánticos comienzan a fallar después de solo fracciones de segundo.

"Una forma de ver esto es a través del concepto de entropía, "dijo el profesor Flammia." Todos los sistemas tienden al desorden. En computadoras convencionales, los sistemas se actualizan fácilmente y se restablecen mediante DRAM y otros métodos, eliminando efectivamente la entropía del sistema, permitiendo el cálculo ordenado, " él dijo.

"En los sistemas cuánticos, Los métodos de reinicio efectivos para combatir la entropía son mucho más difíciles de diseñar. Los códigos que usamos son una forma de descargar esta entropía del sistema, "dijo el profesor Flammia, quien hoy fue galardonado con la prestigiosa Medalla Pawsey de la Academia Australiana de Ciencias.

Usando códigos para detectar y descartar errores en el dispositivo cuántico de IBM, El Dr. Harper y el profesor Flammia mostraron que las tasas de error cayeron del 5,8 por ciento al 0,60 por ciento. Entonces, en lugar de que falle una de cada 20 puertas cuánticas, solo uno de cada 200 fallaría, una mejora de orden de magnitud.

"Este es un importante paso adelante para desarrollar la tolerancia a fallas en los sistemas cuánticos para permitirles escalar a dispositivos significativos, "Dijo el Dr. Harper.

Los físicos que son ambos investigadores del Centro de excelencia ARC para sistemas cuánticos de ingeniería, enfatizó que esta era una demostración de puertas tolerantes a fallas en pares de qubits.

"Todavía queda un largo camino por recorrer antes de que la comunidad cuántica pueda demostrar la computación tolerante a fallas, Dijo el Dr. Harper. Dijo que otros grupos han mostrado mejoras en otras facetas de los dispositivos cuánticos que utilizan códigos. El siguiente paso es sintetizar y probar estos enfoques en dispositivos a mayor escala de unas pocas docenas de qubits que permitan la reutilización y reinicialización de qubits.

Empresas como IBM, Google, Rigetti e IonQ han comenzado o están a punto de comenzar a permitir que los investigadores cuánticos prueben sus enfoques teóricos en estos pequeños, máquinas ruidosas.

"Estos experimentos son la primera confirmación de que la capacidad teórica de detectar errores en el funcionamiento de puertas lógicas utilizando códigos cuánticos es ventajosa en los dispositivos actuales," un paso significativo hacia el objetivo de construir computadoras cuánticas a gran escala, "Dijo el Dr. Harper.