Los qubit son la piedra angular de la computación cuántica, ya que contienen la información necesaria para realizar cálculos que serían demasiado difíciles para las computadoras clásicas. Sin embargo, estos bits cuánticos también son extremadamente delicados y susceptibles al ruido.
Hasta ahora, mantenerlos en su “estado ideal” ha sido todo un desafío para los científicos. Muchos qubit colapsan durante el tiempo de cálculo o, posteriormente, cuando se les está haciendo mantenimiento. Esto debido a que utilizan sistemas cuánticos que pueden estar en una «superposición» de dos estados diferentes al mismo tiempo, como es el caso de fotones con polaridades contrarias.
Esta naturaleza frágil de los qubit ha retrasado muchos avances en el campo de la mecánica cuántica. Pero un equipo de físicos de la Universidad de Yale descubrió cómo prolongar su vida útil, conservando la información durante más del doble del tiempo. Todo gracias a una IA de aprendizaje automático.
Corrección de errores cuánticos
En un nuevo experimento, se demostró que era posible mantener un qubit en su estado ideal al introducir espacio para la redundancia y la eliminación de errores. Es decir, una herramienta que refine el proceso de entrelazamiento de estos bits cuánticos en tiempo real.
Como los qubit existen en una mezcla de estados cuánticos, a medida que interactúan, sus probabilidades de enredarse con otros objetos son mayores. Todo en el entorno actúa como «ruido», lo que puede influir en esas delicadas probabilidades y dar lugar a errores durante el proceso.
Sin embargo, al proporcionarles un espacio adicional para la corrección de errores, es posible conseguir un equilibrio. Así lo demostraron los físicos de Yale al usar un algoritmo para la corrección de errores cuánticos (QEC).
«Por primera vez, hemos demostrado que hacer que el sistema sea más redundante y que detecte activamente los errores cuánticos proporciona una ganancia en la resiliencia de la información cuántica».
Michel Devoret, físico de la Universidad de Yale
La idea de QEC, un proceso automático que mantiene intacta la información cuántica, existe desde mediados de los 90. Sin embargo, nunca antes se había demostrado que funciona en tiempo real.
Qubits duraderos para las computadoras cuánticas
El qubit con corrección de errores duró 1,8 milisegundos. Puede ser solo un parpadeo para nosotros, pero un lapso impresionante para un qubit que opera a nivel cuántico.
Por lo tanto, espectros como la reducción del ruido, la mejora de la estabilidad y la corrección de errores jugarán un papel importante para acercarse a las computadoras cuánticas a gran escala.
Sin embargo, los físicos comentaron que necesitan refinar el proceso para garantizar la vida útil de los qubit. Como muchos otros experimentos, este se realizó a temperaturas más frías que en el espacio exterior. En pocas palabras, en un contexto que sería difícil de replicar en otros laboratorios, por lo que deben estudiarse métodos alternativos de “corrección cuántica”.
«Nuestro experimento muestra que la corrección de errores cuánticos es una herramienta práctica real, sin embargo, es una simple demostración. Solo valida una suposición fundamental de la computación cuántica, aunque esto me emociona mucho por el futuro de este campo”.
Volodymyr Sivak, científico de Google y anteriormente en la Universidad de Yale
En definitiva, poco a poco nos estamos acercando a avances significativos en el desarrollo de computadoras cuánticas. Todavía queda un largo camino por recorrer antes de que se desarrolle todo el potencial de la tecnología, pues hay que mejorar circuitos superconductores, átomos, iones y fotones. Pero al menos la piedra angular, los qubits, han superado cierto umbral de calidad.
Referencias:
Real-time quantum error correction beyond break-even https://doi.org/10.1038/s41586-023-05782-6
