Investigadores de CSC, centro de TI para la ciencia, La Universidad de Aalto y Åbo Akademi y sus colaboradores de la Universidad de Boston en los EE. UU. Han demostrado por primera vez cómo el ruido impacta en la computación cuántica de manera sistemática. Los resultados se publican en la prestigiosa revista Cartas de revisión física .

En una computadora clásica, todos los datos se desglosan en secuencias de bits que toman los valores cero y 1, y estos dos valores corresponden a los estados "encendido" o "apagado" de los millones de pequeños interruptores electrónicos en la unidad de procesamiento y la memoria de la computadora.

Según los principios de la mecánica cuántica, el concepto de bit se puede generalizar a un "qubit, "cuyo estado puede ser cero y uno al mismo tiempo y de muchas formas diferentes (una superposición). Se puede construir una computadora cuántica usando una gran cantidad de estos qubits, que deben programarse utilizando algoritmos y lenguajes completamente nuevos. En principio, una computadora cuántica puede resolver problemas que son prácticamente imposibles de resolver en una computadora clásica, por ejemplo, diseñar nuevas moléculas o materiales con las propiedades deseadas mediante cálculos a nivel atómico y electrónico (que a su vez requiere el uso de la mecánica cuántica).

De haber sido un concepto teórico explorado principalmente en los laboratorios universitarios, Las computadoras cuánticas están emergiendo ahora rápidamente en la escena comercial. Las máquinas disponibles todavía son en gran parte experimentales, y son utilizados por empresas e instituciones de investigación para explorar aplicaciones potenciales y prepararse para la era anticipada de "supremacía cuántica" (lo que significa que las computadoras cuánticas se vuelven más poderosas que las clásicas, al menos para algunos problemas).

Los qubits son muy sensibles al ruido.

Un desafío importante es que los qubits son muy sensibles al ruido que rápidamente puede destruir sus estados de superposición cuántica. Incluso si los dispositivos se enfrían a solo una fracción de grado por encima del cero absoluto de temperatura para minimizar el ruido que surge del entorno térmico, el tiempo de vida de los estados de superposición es aún muy corto, a menudo menos de un microsegundo.

Con un tipo de computadora cuántica producida por la empresa canadiense D-Wave Systems, ciertos problemas de optimización pueden resolverse mediante el principio del recocido cuántico. Aquí, la propiedad cuántica de los qubits se cambia gradualmente de tal manera que eventualmente se "congelan cuánticamente" en la solución del problema programado en el dispositivo. Sin embargo, este proceso es sensible al ruido de una manera que no se comprende bien.

Ahora, un equipo de investigadores de tres instituciones finlandesas (CSC, Universidad Aalto, y Abo Akademi University) y sus colaboradores de la Universidad de Boston en los EE. UU. han demostrado por primera vez cómo el ruido afecta un cálculo de manera sistemática. Variando el tiempo durante el cual se cambia la propiedad cuántica de los qubits (de microsegundos a milisegundos) y estudiando diferentes números de qubits acoplados en un dispositivo D-Wave, pudieron confirmar un principio general de creación de defectos (es decir, errores en el cálculo).

Según este principio, un tiempo de cálculo más largo debería dar un mejor resultado, pero los investigadores encontraron que el ruido afecta más negativamente los resultados si el tiempo es más largo. Explicaron este comportamiento mediante un modelo matemático, que será una herramienta útil para diagnosticar futuros dispositivos de recocido cuántico y encontrar las mejores formas de operarlos.

Según el miembro del equipo Anders Sandvik (Universidad de Boston), Los dispositivos de recocido cuántico pronto pueden convertirse en herramientas importantes para simular los comportamientos cuánticos de la materia, una vez que la cantidad de ruido se reduce aún más.

"El exitoso trabajo del equipo representa el primer gran esfuerzo de investigación finlandés sobre el paradigma de recocido cuántico de la computación cuántica, "dijo Jan Åström, miembro del equipo de CSC. "La computación cuántica está evolucionando rápidamente, y CSC está planificando proyectos adicionales para promover el desarrollo de una sólida competencia finlandesa en esta área crítica de vanguardia de la ciencia y la tecnología ".