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Los investigadores de Google hacen que los componentes de computación cuántica sean más confiables
Investigadores de Google y la Universidad de California en Santa Bárbara han demostrado una solución a uno de los problemas clave que frenan el desarrollo de las computadoras cuánticas. Quedan muchos más problemas por resolver, pero los expertos en el campo dicen que es un paso importante hacia una computadora cuántica completamente funcional. Tal máquina podría realizar cálculos que a una computadora convencional le tomaría millones de años completar.
Investigadores de Google y la Universidad de California, Santa Bárbara, usaron este chip para demostrar un método crucial necesario para hacer que las computadoras cuánticas sean confiables.
Los investigadores de Google y UCSB demostraron que podían programar grupos de qubits, dispositivos que representan información utilizando física cuántica frágil, para detectar ciertos tipos de errores y evitar que esos errores arruinen un cálculo. El nuevo avance proviene de investigadores dirigidos por John Martinis, profesor de la Universidad de California, Santa Bárbara, quien el año pasado se unió a Google para establecer un laboratorio de investigación de computación cuántica (ver Google lanza esfuerzo para construir su propia computadora cuántica). Martinis ahora ocupa una posición conjunta entre UCSB y Google, liderando el trabajo sobre chips de aluminio superconductores que operan a una fracción de grado por encima del cero absoluto. La mayor parte del trabajo detrás de los nuevos resultados, informados hoy en el diario Naturaleza , tuvo lugar antes de que Martinis se uniera a Google.
Google ha estado explorando la computación cuántica desde 2009, cuando comenzó a colaborar con D-Wave Systems, una startup que vende lo que llama la primera computadora cuántica comercial (ver The CIA and Jeff Bezos Bet on Quantum Computing). Microsoft también tiene un importante programa de investigación de computación cuántica (ver Mecánica cuántica de Microsoft).
Para hacer una computadora cuántica se requiere conectar muchos qubits para trabajar juntos en la información. Pero los dispositivos son propensos a errores porque representan bits de datos (0 y 1) utilizando delicados efectos mecánicos cuánticos que solo son detectables a temperaturas muy frías y escalas diminutas. Esto permite que los qubits alcancen estados de superposición que son efectivamente 1 y 0 al mismo tiempo, lo que permite que las computadoras cuánticas tomen atajos a través de cálculos complejos. También los hace vulnerables al calor y otras perturbaciones que distorsionan o destruyen los estados cuánticos utilizados para codificar información y realizar cálculos.
Gran parte de la investigación en computación cuántica se centra en tratar de obtener sistemas de qubits para detectar y corregir errores. El grupo de Martinis ha demostrado una parte de uno de los esquemas más prometedores para hacer esto, un enfoque conocido como códigos de superficie. Los investigadores programaron un chip con nueve qubits para que se monitorearan entre sí en busca de errores llamados cambios de bits, donde el ruido ambiental hace que un 1 cambie a 0 o viceversa. Los qubits no podían corregir los cambios de bits, pero podían tomar medidas para garantizar que no contaminaran los pasos posteriores de una operación.
Se necesita más trabajo antes de que podamos decir que todos los elementos requeridos para la computación cuántica tolerante a fallas están en su lugar, pero creo que este trabajo muestra que estamos cerca, dice Daniel Gottesman, quien trabaja en la corrección de errores cuánticos en el Instituto Perimetral en Waterloo, Ontario.
Sin embargo, los elementos que aún se requieren no son triviales. Los cambios de bit que hicieron Martinis y sus colegas se pueden abordar utilizando algoritmos clásicos que funcionan en una computadora convencional. Un tipo de error más complicado, donde una propiedad cuántica de un qubit conocida como fase es alterada por el ruido ambiental, solo puede abordarse utilizando algoritmos más complejos que explotan los efectos cuánticos. Austin Fowler, un ingeniero de electrónica cuántica de Google, dice que el grupo ahora está trabajando en eso y en demostrar la verificación de errores en más de nueve qubits.
Aún así, los resultados recientes de Martinis y otros hacen que Gottesman sea optimista de que el conjunto completo de técnicas de corrección de errores está al alcance. Creo que hay una buena posibilidad de que veamos una demostración de este tipo por parte de alguien, posiblemente el grupo Martinis, en los próximos años, dice.