Los factores ambientales llamados decoherencias conducen a rotaciones aleatorias de los qubits. Por ejemplo, el qubit central se gira en la figura del medio, lo que representa un error cuántico. La tarea de los esquemas QEC es detectar y corregir dichos errores para que los qubits puedan volver a sus estados originales. Crédito:Sangkha Borah, OIST
Las computadoras cuánticas son una gran promesa en nuestro mundo de big data. Si los investigadores pueden aprovechar su potencial, estos dispositivos podrían realizar cálculos enormemente complejos a la velocidad del rayo.
Las computadoras clásicas, como nuestras computadoras portátiles, almacenan información en bits, que existen en uno de dos estados físicos:0 o 1. Pero los qubits, la forma equivalente de almacenamiento de datos para las computadoras cuánticas, funcionan de manera diferente porque su naturaleza es probabilística en lugar de determinista. Pueden existir como 0 y 1 simultáneamente, que es lo que les da su poder. A medida que aumenta la cantidad de qubits almacenados en una computadora cuántica, esa computadora puede procesar información exponencialmente más rápido que una computadora clásica.
Pero hay un inconveniente. Los qubits son frágiles. Sus estados cambian muy rápidamente, por ejemplo, en respuesta a factores ambientales como la temperatura, introduciendo muchos errores. Los investigadores se han esforzado por desarrollar una forma eficiente de corregir estos errores en tiempo real. Los métodos para corregir dichos errores cuánticos se conocen como esquemas de corrección de errores cuánticos (QEC).
"Para la computación cuántica, estos errores son realmente un problema", dice el Dr. Sangkha Borah, investigador postdoctoral en la Unidad de Máquinas Cuánticas dirigida por el Profesor Jason Twamley en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST). "Si podemos descubrir cómo realizar QEC con precisión, es posible que tengamos computadoras cuánticas utilizables muy pronto".
Ahora, el Dr. Borah y sus colegas en OIST, y sus colaboradores en Trinity College en Dublín, Irlanda, y la Universidad de Queensland en Brisbane, Australia, han propuesto una nueva técnica de corrección de errores, que se publicó recientemente en Physical Revisar la investigación.
Este esquema muestra cómo funciona el esquema MBE-CQEC para tres qubits. Los qubits en una computadora cuántica (izquierda) son medidos continuamente por un estimador (derecha), que es ejecutado por una computadora clásica. El estimador detecta errores al realizar mediciones de síndromes y luego los corrige con la retroalimentación adecuada. Crédito:Sangkha Borah, OIST
Lograr QEC implica hacer una colección de múltiples qubits utilizando una propiedad mecánica cuántica llamada entrelazamiento. Para detectar errores que ocurren en los qubits, un esquema QEC debe aplicar una serie de medidas conocidas como medidas de síndrome. Estas medidas evalúan si dos qubits vecinos más cercanos están alineados en la misma dirección o no. Los resultados de estas mediciones se denominan síndromes y, en base a ellos, se puede detectar el error en los qubits y corregirlo posteriormente.
Los esquemas QEC de uso común suelen ser lentos y también dan como resultado una pérdida rápida de información almacenada en los qubits debido a errores que no detectan ni corrigen en tiempo real. Además, dichos métodos QEC emplean un enfoque de medición cuántica convencional llamado medición proyectiva para obtener los síndromes. Este enfoque requiere varios qubits adicionales, lo que hace que requiera muchos recursos.
En cambio, el Dr. Borah y sus colegas usaron un enfoque llamado medición continua. Tales mediciones se pueden llevar a cabo mucho más rápidamente que las mediciones proyectivas convencionales de una manera altamente eficiente en cuanto a recursos. Desarrollaron un esquema QEC llamado esquema de estimación basado en medidas para la corrección de errores cuánticos continuos (MBE-CQEC), que podría detectar y corregir errores de forma rápida y eficiente a partir de mediciones de síndromes ruidosos parciales. Configuraron una poderosa computadora clásica para que actuara como un controlador externo (o estimador) que estima los errores en el sistema cuántico, filtra el ruido a la perfección y aplica retroalimentación para corregirlos.
El nuevo esquema QEC se basa en un modelo teórico que aún debe validarse experimentalmente en una computadora cuántica, explica el Dr. Borah. Además, tiene una limitación importante:a medida que aumenta la cantidad de qubits en el sistema, la simulación en tiempo real del estimador se vuelve exponencialmente más lenta.
"Estamos trabajando en ello y esperamos que otros en el campo también aborden el problema", concluyó el Dr. Borah. Agregar qubits lógicos a la computadora cuántica Sycamore reduce la tasa de error
