Para construir una computadora cuántica universal a partir de componentes cuánticos frágiles, La implementación efectiva de la corrección de errores cuánticos (QEC) es un requisito esencial y un desafío central. QEC se utiliza en computación cuántica, que tiene el potencial de resolver problemas científicos más allá del alcance de las supercomputadoras, para proteger la información cuántica de errores debidos a diversos ruidos.

Publicado por la revista Naturaleza , investigación escrita en coautoría por el físico Chen Wang de la Universidad de Massachusetts Amherst, estudiantes de posgrado Jeffrey Gertler y Shruti Shirol, y el investigador postdoctoral Juliang Li da un paso hacia la construcción de una computadora cuántica tolerante a fallas. Han realizado un tipo novedoso de QEC en el que los errores cuánticos se corrigen espontáneamente.

Las computadoras de hoy están construidas con transistores que representan bits clásicos (0 o 1). La computación cuántica es un nuevo y emocionante paradigma de computación que utiliza bits cuánticos (qubits) donde la superposición cuántica puede explotarse para obtener ganancias exponenciales en la potencia de procesamiento. La computación cuántica tolerante a fallas puede avanzar enormemente en el descubrimiento de nuevos materiales, inteligencia artificial, ingeniería bioquímica y muchas otras disciplinas.

Dado que los qubits son intrínsecamente frágiles, El desafío más sobresaliente de construir computadoras cuánticas tan poderosas es la implementación eficiente de la corrección de errores cuánticos. Las demostraciones existentes de QEC están activas, lo que significa que requieren la verificación periódica de errores y su corrección inmediata, que es muy exigente en recursos de hardware y, por lo tanto, dificulta el escalado de las computadoras cuánticas.

A diferencia de, El experimento de los investigadores logra QEC pasivo adaptando la fricción (o disipación) experimentada por el qubit. Debido a que la fricción se considera comúnmente la némesis de la coherencia cuántica, este resultado puede parecer bastante sorprendente. El truco es que la disipación debe diseñarse específicamente de manera cuántica. Esta estrategia general se conoce en teoría desde hace unas dos décadas, pero una forma práctica de obtener tal disipación y ponerla en uso para QEC ha sido un desafío.

"Aunque nuestro experimento es todavía una demostración bastante rudimentaria, finalmente hemos cumplido esta posibilidad teórica contraintuitiva de QEC disipativa, "dice Chen." Mirando hacia adelante, la implicación es que puede haber más vías para proteger nuestros qubits de errores y hacerlo menos costoso. Por lo tanto, este experimento plantea la posibilidad de construir una computadora cuántica útil tolerante a fallas a mediano y largo plazo ".

Chen describe en términos sencillos lo extraño que puede ser el mundo cuántico. "Como en el famoso (o infame) ejemplo del físico alemán Erwin Schrödinger, un gato empacado en una caja cerrada puede estar vivo o muerto al mismo tiempo. Cada qubit lógico en nuestro procesador cuántico es muy parecido al gato de un mini-Schrödinger. De hecho, lo llamamos literalmente un "qubit gato". Tener muchos de estos gatos puede ayudarnos a resolver algunos de los problemas más difíciles del mundo.

"Desafortunadamente, Es muy difícil mantener a un gato así, ya que cualquier gas, luz, o cualquier cosa que se filtre en la caja destruirá la magia:el gato se convertirá en muerto o simplemente en un gato vivo normal, "explica Chen." La estrategia más sencilla para proteger a un gato de Schrodinger es hacer que la caja sea lo más ajustada posible, pero eso también dificulta su uso para la computación. Lo que acabamos de demostrar fue similar a pintar el interior de la caja de una manera especial y eso de alguna manera ayuda al gato a sobrevivir mejor al daño inevitable del mundo exterior ".