La computación cuántica promete ser una herramienta revolucionaria, que simplificará el trabajo de las ecuaciones que las computadoras clásicas tendrían dificultades para completar. Sin embargo, el caballo de batalla del dispositivo cuántico, conocido como qubit, es un objeto delicado propenso a colapsar.
Hasta ahora, mantener suficientes qubits en su estado ideal durante el tiempo suficiente para los cálculos ha resultado ser un desafío.
En un nuevo experimento, los científicos pudieron mantener un qubit en ese estado durante el doble de tiempo normal. En el camino, demostraron la practicidad de corrección de errores cuánticos (QEC), un proceso que mantiene intacta la información cuántica durante más tiempo al introducir espacio para la redundancia y la eliminación de errores.
La idea de QEC ha estado rondando desde mediados de los 90, pero ahora se ha demostrado que funciona en tiempo real. Parte del motivo del éxito del experimento fue la introducción de algoritmos de IA de aprendizaje automático para modificar la rutina de corrección de errores.
“Por primera vez, hemos demostrado que hacer que el sistema sea más redundante y que detecte y corrija activamente los errores cuánticos proporcionó una ganancia en la resiliencia de la información cuántica”. dice físico Michel Devoret, de la Universidad de Yale en Connecticut.
Los qubits son objetos tal como existen en una mezcla de estados cuánticos. Donde los objetos clásicos pueden tener estados absolutos, la versión de un qubit del mismo estado se describiría mejor usando probabilidad. A medida que un qubit interactúa con otros qubits, sus probabilidades se enredan en formas computacionalmente útiles.
Desafortunadamente, no son solo otros qubits los que pueden entrelazar sus estados con un objeto no decidido. Todo en el entorno actúa como “ruido”, lo que puede influir en esas delicadas probabilidades y dar lugar a errores.
Parte de la razón por la que los científicos han tenido problemas para implementar QEC es porque puede introducir errores propios. El espacio adicional proporcionado para la corrección de errores puede hacer que el qubit sea aún más vulnerable a las interferencias del entorno circundante.
Como muchos experimentos de física cuántica, este se realizó a temperaturas ultra frías, en este caso, cien veces más frías que el espacio exterior. La configuración debe controlarse cuidadosamente para proteger el qubit tanto como sea posible.
El qubit con corrección de errores duró 1,8 milisegundos, solo un parpadeo como podríamos experimentarlo, pero un lapso impresionante para un qubit que opera a nivel cuántico. Ahora el equipo de investigación podrá refinar aún más el proceso.
“Nuestro experimento muestra que la corrección de errores cuánticos es una herramienta práctica real”. dice Devoret. “Es más que una simple demostración de prueba de principio”.
Si bien los científicos están logrando avances significativos en el desarrollo de computadoras cuánticas, y ahora se usan computadoras cuánticas rudimentarias, todavía queda un largo camino por recorrer antes de que se desarrolle todo el potencial de la tecnología.
La reducción del ruido, la mejora de la estabilidad y la actualización de la corrección de errores jugarán un papel importante para acercarse a las computadoras cuánticas prácticas a gran escala que todos pueden usar.
En este caso, el avance se debió a varios factores diferentes, en lugar de un cambio. El código QEC era en realidad uno de 2001, pero las mejoras y actualizaciones del proceso de fabricación de circuitos cuánticos marcaron la diferencia.
“No hay un solo avance que haya permitido este resultado”, dice Volodymyr Sivak, científico investigador de Google y anteriormente en la Universidad de Yale. “En realidad, es una combinación de un montón de tecnologías diferentes que se desarrollaron en los últimos años, que combinamos en este experimento”.
“Nuestro experimento valida una suposición fundamental de la computación cuántica, y esto me emociona mucho con el futuro de este campo”.
La investigación ha sido publicada en Naturaleza.