Un científico de la Universidad de Sydney ha logrado lo que un conocedor de la industria cuántica ha descrito como "algo que muchos investigadores pensaban que era imposible".

El Dr. Benjamin Brown de la Escuela de Física ha desarrollado un tipo de código de corrección de errores para computadoras cuánticas que liberará más hardware para realizar cálculos útiles. También proporciona un enfoque que permitirá a empresas como Google e IBM diseñar mejores microchips cuánticos.

Lo hizo aplicando un código ya conocido que opera en tres dimensiones a un marco bidimensional.

"El truco consiste en usar el tiempo como tercera dimensión. Estoy usando dos dimensiones físicas y agregando tiempo como tercera dimensión, "Dijo el Dr. Brown." Esto abre posibilidades que no teníamos antes ".

Su investigación se publica hoy en Avances de la ciencia .

"Es un poco como tejer, ", dijo." Cada fila es como una línea unidimensional. Tejes hilera tras hilera de lana y, tiempo extraordinario, esto produce un panel de material bidimensional ".

Computadoras cuánticas tolerantes a fallas

Reducir los errores en la computación cuántica es uno de los mayores desafíos que enfrentan los científicos antes de que puedan construir máquinas lo suficientemente grandes como para resolver problemas útiles.

"Debido a que la información cuántica es tan frágil, produce muchos errores, "dijo el Dr. Brown, investigador del Instituto Nano de la Universidad de Sydney.

Erradicar completamente estos errores es imposible, por lo que el objetivo es desarrollar una arquitectura "tolerante a fallas" en la que las operaciones de procesamiento útiles superen con creces las operaciones de corrección de errores.

"Su teléfono móvil o computadora portátil realizará miles de millones de operaciones durante muchos años antes de que un solo error provoque una pantalla en blanco o algún otro mal funcionamiento. Las operaciones cuánticas actuales tienen la suerte de tener menos de un error por cada 20 operaciones, y eso significa millones de errores y hora, ", dijo el Dr. Brown, quien también ocupa un puesto en el Centro de excelencia ARC para sistemas de ingeniería cuántica.

"Eso es un montón de puntos caídos".

La mayoría de los componentes básicos de las computadoras cuánticas experimentales de hoy en día, bits cuánticos o qubits, son absorbidos por la "sobrecarga" de la corrección de errores.

"Mi enfoque para suprimir errores es utilizar un código que opera en la superficie de la arquitectura en dos dimensiones. El efecto de esto es liberar gran parte del hardware de la corrección de errores y permitirle continuar con las cosas útiles, "Dijo el Dr. Brown.

La Dra. Naomi Nickerson es Directora de Arquitectura Cuántica en PsiQuantum en Palo Alto, California, y desconectado de la investigación. Ella dijo:"Este resultado establece una nueva opción para realizar puertas tolerantes a fallas, que tiene el potencial de reducir en gran medida los gastos generales y acercar la computación cuántica práctica ".

Camino a la computación universal

Start-ups como PsiQuantum, así como las grandes empresas de tecnología Google, IBM y Microsoft, están liderando la carga para desarrollar tecnología cuántica a gran escala. Se necesita con urgencia encontrar códigos de corrección de errores que permitan escalar sus máquinas.

Dr. Michael Beverland, investigador senior en Microsoft Quantum y tampoco relacionado con la investigación, dijo:"Este artículo explora una enfoque exótico para realizar cálculos cuánticos tolerantes a fallas, señalando el camino hacia el logro potencial de la computación cuántica universal en dos dimensiones espaciales sin la necesidad de destilación, algo que muchos investigadores pensaron que era imposible ".

Los códigos bidimensionales que existen actualmente requieren lo que el Dr. Beverland llama destilación, más precisamente conocido como 'destilación en estado mágico'. Aquí es donde el procesador cuántico clasifica los múltiples cálculos y extrae los útiles.

Esto consume una gran cantidad de hardware informático simplemente suprimiendo los errores.

"Apliqué el poder del código tridimensional y lo adapté al marco bidimensional, "Dijo el Dr. Brown.

El Dr. Brown ha estado ocupado este año. En marzo, publicó un artículo en la principal revista de física. Cartas de revisión física con colegas de EQUS y la Universidad de Sydney. En esa investigación, él y sus colegas desarrollaron un decodificador que identifica y corrige más errores que nunca, logrando un récord mundial en corrección de errores.

"Identificar los errores más comunes es otra forma en que podemos liberar más potencia de procesamiento para cálculos útiles, "Dijo el Dr. Brown.

El profesor Stephen Bartlett es coautor de ese artículo y dirige el grupo de investigación de la teoría de la información cuántica en la Universidad de Sydney.

"Nuestro grupo en Sydney está muy enfocado en descubrir cómo podemos escalar los efectos cuánticos para que puedan alimentar dispositivos a gran escala, "dijo el profesor Bartlett, quien también es Decano Asociado de Investigación en la Facultad de Ciencias.

“El trabajo del Dr. Brown ha demostrado cómo hacer esto para un chip cuántico. Este tipo de progreso nos permitirá pasar de pequeñas cantidades de qubits a números muy grandes y construir computadoras cuánticas ultrapoderosas que resolverán los grandes problemas del mañana. "