Los científicos de la Universidad de Sydney han demostrado por primera vez una mejora en las computadoras cuánticas mediante el uso de códigos diseñados para detectar y descartar errores en las puertas lógicas de tales máquinas.
"Esta es realmente la primera vez que el beneficio prometido para las puertas lógicas cuánticas de la teoría se ha realizado en una máquina cuántica real", dijo el Dr. Robin Harper, autor principal de un nuevo artículo publicado esta semana en la revista Cartas de revisión física .
Las puertas lógicas cuánticas están formadas por redes entrelazadas de un pequeño número de bits cuánticos, o qubits. Son los interruptores que permiten a las computadoras cuánticas ejecutar algoritmos, o recetas, para procesar información y realizar cálculos.
El Dr. Harper y su colega, el profesor Steven Flammia, de la Escuela de Física y el Instituto Nano de la Universidad de Sydney, utilizaron la computadora cuántica de IBM para probar los códigos de detección de errores. Demostraron un orden de mejora de magnitud para reducir la infidelidad, o las tasas de error, en cuantopuertas lógicas, los interruptores que formarán la base de las computadoras cuánticas en pleno funcionamiento.
El Dr. Jay Gambetta, miembro de IBM y científico teórico principal de IBM Q, dijo: "Este documento es un gran ejemplo de cómo los científicos pueden usar nuestros sistemas de nube disponibles públicamente para investigar problemas fundamentales. Aquí Harper y Flammia muestran que las ideas de tolerancia a fallaspuede explorarse en dispositivos reales que estamos construyendo y que ya estamos implementando hoy ".
Las tecnologías cuánticas todavía están en pañales, pero prometen revolucionar la informática en el siglo XXI realizando cálculos que se consideran más allá de la capacidad de las supercomputadoras más grandes y rápidas
Lo harán utilizando las propiedades inusuales de la materia en la escala cuántica que les permite procesar información usando qubits. Estos son elementos informáticos que utilizan el hecho de que los objetos cuánticos pueden existir en un estado indeterminado, conocido como superposición, y pueden convertirse en'enredado', un fenómeno que describe un comportamiento que no se ve en las computadoras convencionales.
Sin embargo, el 'ruido' electrónico altera fácilmente estos estados, produciendo rápidamente errores en los cálculos cuánticos, lo que hace que el desarrollo de máquinas útiles sea muy difícil.
"Los dispositivos actuales tienden a ser demasiado pequeños, con una interconectividad limitada entre qubits y son demasiado 'ruidosos' para permitir cálculos significativos", dijo el Dr. Harper. "Sin embargo, son suficientes para actuar como bancos de pruebas para la prueba de conceptos principales, comocomo detectar y potencialmente corregir errores usando códigos cuánticos "
Mientras que los interruptores clásicos en su computadora portátil o teléfono móvil pueden funcionar durante muchos años sin error, en esta etapa los interruptores cuánticos comienzan a fallar después de solo fracciones de segundo.
"Una forma de ver esto es a través del concepto de entropía", dijo el profesor Flammia. "Todos los sistemas tienden a desordenarse. En las computadoras convencionales, los sistemas se actualizan fácilmente y se reinician usando DRAM y otros métodos, eliminando la entropía de manera efectivael sistema, lo que permite el cálculo ordenado ", dijo.
"En los sistemas cuánticos, los métodos efectivos de reinicio para combatir la entropía son mucho más difíciles de diseñar. Los códigos que utilizamos son una forma de eliminar esta entropía del sistema", dijo el profesor Flammia, quien hoy recibió la Medalla Pawsey por la Academia Australianade Ciencia.
Utilizando códigos para detectar y descartar errores en el dispositivo cuántico de IBM, el Dr. Harper y el profesor Flammia mostraron que las tasas de error cayeron del 5,8 por ciento al 0,60 por ciento. Por lo tanto, en lugar de que falle una de cada 20 puertas cuánticas, solo una de 200 fallaría, un orden demejora de magnitud.
"Este es un importante paso adelante para desarrollar tolerancia a fallas en los sistemas cuánticos para permitirles escalar a dispositivos significativos", dijo el Dr. Harper.
Los físicos, ambos investigadores del Centro de Excelencia ARC para Sistemas Cuánticos de Ingeniería, enfatizaron que esto era una demostración de puertas tolerantes a fallas en pares de qubits.
"Todavía queda un largo camino por recorrer antes de que la comunidad cuántica pueda demostrar la computación tolerante a fallas", dijo el Dr. Harper. Dijo que otros grupos han mostrado mejoras en otras facetas de dispositivos cuánticos usando códigos. El siguiente paso es sintetizar ypruebe estos enfoques en dispositivos a gran escala de unas pocas docenas de qubits que permiten la reutilización y la reinicialización de qubits.
Empresas como IBM, Google, Rigetti e IonQ han comenzado o están por comenzar a permitir que los investigadores cuánticos prueben sus enfoques teóricos en estas máquinas pequeñas y ruidosas.
"Estos experimentos son la primera confirmación de que la capacidad teórica para detectar errores en la operación de puertas lógicas usando códigos cuánticos es ventajosa en los dispositivos actuales, un paso significativo hacia el objetivo de construir computadoras cuánticas a gran escala", Dr. Harperdijo.
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Materiales proporcionado por Universidad de Sydney . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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