Un nuevo programa informático que detecta cuándo la información de una computadora cuántica se escapa a estados no deseados brindará a los usuarios de esta prometedora tecnología la capacidad de verificar su confiabilidad sin ningún conocimiento técnico por primera vez.

Investigadores del Departamento de Física de la Universidad de Warwick han desarrollado un programa informático cuántico para detectar la presencia de 'fugas', donde la información que está siendo procesada por una computadora cuántica escapa de los estados de 0 y 1.

Su método se presenta en un artículo publicado hoy (19 de marzo) en la revista Revisión física A , e incluye datos experimentales de su aplicación en una máquina de acceso público, eso muestra que los estados indeseables están afectando ciertos cálculos.

La computación cuántica aprovecha las propiedades inusuales de la física cuántica para procesar información de una manera completamente diferente a las computadoras convencionales. Aprovechando el comportamiento de los sistemas cuánticos, como existir en varios estados diferentes al mismo tiempo, esta forma radical de computación está diseñada para procesar datos en todos esos estados simultáneamente, lo que le otorga una gran ventaja sobre la informática convencional.

En informática convencional, Las computadoras cuánticas usan combinaciones de 0 y 1 para codificar información, pero las computadoras cuánticas pueden explotar estados cuánticos que son 0 y 1 al mismo tiempo. Sin embargo, el hardware que codifica esa información a veces puede codificarla incorrectamente en otro estado, un problema conocido como "fuga". Incluso una fuga minúscula que se acumula en muchos millones de componentes de hardware puede provocar errores de cálculo y errores potencialmente graves. anulando cualquier ventaja cuántica sobre las computadoras convencionales. Como parte de un conjunto de errores mucho más amplio, La fuga está desempeñando un papel importante en la prevención de que las computadoras cuánticas se amplíen hacia aplicaciones comerciales e industriales.

Armados con el conocimiento de cuánta fuga cuántica está ocurriendo, Los ingenieros informáticos estarán en mejores condiciones de construir sistemas que mitiguen este problema y los programadores podrán desarrollar nuevas técnicas de corrección de errores para tenerlo en cuenta.

Dr. Animesh Datta, Profesor Asociado de Física, dijo:“El interés comercial en la computación cuántica está creciendo, por lo que queríamos preguntar cómo podemos decir con certeza que estas máquinas están haciendo lo que se supone que deben hacer.

"Las computadoras cuánticas están hechas idealmente de qubits, pero como resulta que en los dispositivos reales algunas veces no son qubits en absoluto, sino que en realidad son qutrits (tres estados) o ququarts (cuatro sistemas estatales). Tal problema puede corromper cada paso subsiguiente de su operación informática.

"La mayoría de las plataformas de hardware de computación cuántica sufren este problema, incluso las unidades de computadora convencionales experimentan fugas magnéticas, por ejemplo. Necesitamos ingenieros informáticos cuánticos para reducir las fugas tanto como sea posible a través del diseño, pero también debemos permitir que los usuarios de computadoras cuánticas realicen pruebas de diagnóstico simples para ello.

"Si las computadoras cuánticas van a entrar en uso común, Es importante que un usuario que no tenga idea de cómo funciona una computadora cuántica pueda comprobar que está funcionando correctamente sin necesidad de conocimientos técnicos. o si están accediendo a esa computadora de forma remota ".

Los investigadores aplicaron su método utilizando los dispositivos cuánticos IBM Q Experience, a través del servicio de nube de acceso público de IBM. Utilizaron una técnica llamada testigo de dimensión:al aplicar repetidamente la misma operación en la plataforma IBM Q, obtuvieron un conjunto de datos de resultados que no podían explicarse con un solo bit cuántico, y solo por una mas complicada, sistema cuántico de dimensiones superiores. Han calculado que la probabilidad de que esta conclusión surja por mera casualidad es inferior al 0,05%.

Mientras que las computadoras convencionales usan dígitos binarios, o 0 y 1, para codificar información en transistores, Las computadoras cuánticas usan partículas subatómicas o circuitos superconductores conocidos como transmons para codificar esa información como un qubit. Esto significa que está en una superposición de 0 y 1 al mismo tiempo, permitiendo a los usuarios calcular en diferentes secuencias de los mismos qubits simultáneamente. A medida que aumenta el número de qubits, el número de procesos también aumenta exponencialmente. Ciertos tipos de problemas como los que se encuentran en el descifrado de códigos (que se basa en factorizar números enteros grandes) y en la química (como la simulación de moléculas complicadas), son particularmente adecuados para explotar esta propiedad.

Los transmons (y otro hardware de computadora cuántica) pueden existir en una gran cantidad de estados:0, 1, 2, 3, 4 y así sucesivamente. Una computadora cuántica ideal solo usa los estados 0 y 1, así como superposiciones de estos, de lo contrario, surgirán errores en el cálculo cuántico.

Dr. George Rodilla, cuyo trabajo fue financiado por una beca de investigación de la Comisión Real para la Exposición de 1851, dijo:"Es algo extraordinario poder llegar a esta conclusión a una distancia de varios miles de millas, con acceso muy limitado al propio chip de IBM. Aunque nuestro programa solo hizo uso de las instrucciones permitidas de 'un solo qubit', El enfoque de presencia de dimensiones pudo mostrar que se estaba accediendo a estados no deseados en los componentes del circuito transmon. Veo esto como una victoria para cualquier usuario que quiera investigar las propiedades anunciadas de una máquina cuántica sin la necesidad de consultar detalles específicos del hardware ".