Los científicos de Australia han desarrollado un nuevo enfoque para reducir los errores que afectan a las computadoras cuánticas experimentales; un paso que podría eliminar un obstáculo crítico que les impide escalar a máquinas en pleno funcionamiento.

Aprovechando el espacio geométrico infinito de un sistema cuántico particular compuesto por bosones, los investigadores, dirigido por el Dr. Arne Grimsmo de la Universidad de Sydney, han desarrollado códigos de corrección de errores cuánticos que deberían reducir el número de conmutadores cuánticos físicos, o qubits, necesario para escalar estas máquinas a un tamaño útil.

"La belleza de estos códigos es que son 'independientes de la plataforma' y pueden desarrollarse para funcionar con una amplia gama de sistemas de hardware cuántico, "Dijo el Dr. Grimsmo.

"Se han demostrado experimentalmente muchos tipos diferentes de códigos de corrección de errores bosónicos, como 'códigos de gato' y 'códigos binomiales', ", dijo." Lo que hemos hecho en nuestro documento es unificar estos y otros códigos en un marco común ".

La investigación, publicado esta semana en Revisión física X , fue escrito conjuntamente con el Dr. Joshua Combes de la Universidad de Queensland y el Dr. Ben Baragiola de la Universidad RMIT. La colaboración se realiza a través de dos centros de investigación cuántica líderes en Australia, el Centro de Excelencia ARC para Máquinas Cuánticas Diseñadas y el Centro de Excelencia ARC para Tecnología de Computación y Comunicación Cuántica.

Qubits robustos

"Nuestra esperanza es que la robustez que ofrece 'espaciar las cosas' en un espacio infinito de Hilbert le proporcione un qubit que sea muy robusto, porque puede tolerar errores comunes como la pérdida de fotones, ", dijo el Dr. Grimsmo del Nano Institute y la Escuela de Física de la Universidad de Sydney.

Los científicos de universidades y empresas de tecnología de todo el planeta están trabajando para construir un Computadora cuántica tolerante a fallas. La gran promesa de estos dispositivos es que podrían usarse para resolver problemas más allá del alcance de las supercomputadoras clásicas en campos tan variados como la ciencia de los materiales. descubrimiento de fármacos y seguridad y criptografía.

Con Google el año pasado declarando que tiene una máquina que ha alcanzado la 'supremacía cuántica', realizando una tarea posiblemente inútil pero más allá del alcance de una computadora clásica, el interés en el campo de la computación cuántica y la ingeniería continúa aumentando.

Pero construir una máquina cuántica que pueda hacer cualquier cosa útil requerirá miles, si no millones de bits cuánticos operando sin ser abrumados por errores.

Y los qubits son, por su propia naturaleza, propenso a errores. La 'cuántica' que les permite realizar un tipo de operación informática completamente diferente significa que son muy frágiles y susceptibles a interferencias electromagnéticas y de otro tipo.

Identificando, eliminar y reducir errores en la computación cuántica es una de las tareas centrales a las que se enfrentan los físicos que trabajan en este campo.

Superposiciones frágiles

Las computadoras cuánticas realizan sus tareas codificando información utilizando la superposición cuántica, una faceta fundamental de la naturaleza en la que el resultado final de un sistema físico no se resuelve hasta que se mide. Hasta ese punto la información existe en un estado de múltiples resultados posibles.

El Dr. Grimsmo dijo:"Uno de los desafíos más fundamentales para la realización de computadoras cuánticas es la naturaleza frágil de las superposiciones cuánticas. Afortunadamente, es posible superar este problema mediante la corrección de errores cuánticos ".

Esto se hace codificando la información de forma redundante, permitiendo la corrección de errores a medida que ocurren durante un cálculo cuántico. El enfoque estándar para lograr esto es utilizar una gran cantidad de partículas distinguibles como portadores de información. Los ejemplos comunes son matrices de electrones, iones atrapados o circuitos eléctricos cuánticos.

Sin embargo, esto crea una gran red de 'qubits físicos' para operar un solo, qubit lógico que hace el trabajo de procesamiento que necesita.

Esta necesidad de crear una gran red de qubits físicos para respaldar el trabajo de un solo qubit operativo es una barrera no trivial para la construcción de máquinas cuánticas a gran escala.

Bosones indistinguibles

El Dr. Grimsmo dijo:"En este trabajo, consideramos un enfoque alternativo basado en la codificación de información cuántica en colecciones de bosones ". El tipo más común de bosón es el fotón, un paquete de energía electromagnética y una "partícula de luz" sin masa.

Atrapando bosones en un microondas o una cavidad óptica en particular, se vuelven indistinguibles entre sí, diferente a, decir, una serie de iones atrapados, que son identificables por su ubicación.

“La ventaja de este enfoque es que una gran cantidad de bosones pueden quedar atrapados en un solo sistema cuántico, como los fotones atrapados en una cavidad óptica o de microondas de alta calidad, "El Dr. Grimsmo dijo." Esto podría reducir drásticamente el número de sistemas físicos necesarios para construir una computadora cuántica ".

Los investigadores esperan que su trabajo fundamental ayude a construir una hoja de ruta hacia la tolerancia a fallas en la computación cuántica.