Crean programa que detecta errores cuánticos para obtener computadoras cuánticas confiables

Han descubierto cómo garantizar que las computadoras cuánticas puedan ser confiables.

¿De qué sirve una computadora rápida si no puede confiar en ella?

Gracias a medio siglo de investigación para hacer que las computadoras hagan su trabajo correctamente incluso en presencia de errores mecánicos, nuestras máquinas modernas tienden a ser bastante confiables.

Desafortunadamente, las leyes de la mecánica cuántica hacen que toda esa investigación sea inútil para las computadoras cuánticas, cuya gran complejidad las hace propensas a errores.

Ahora, finalmente tenemos la primera demostración de un programa cuántico que puede detectar corrupción de datos.

Dos grupos de investigación, uno de la Universidad de Maryland y Georgia Tech y el otro de IBM, han demostrado el mismo programa de detección de errores cuánticos, aunque implementado con hardware diferente.

“Las computadoras cuánticas nunca pueden ser prácticas sin la corrección de errores”, dice Daniel Lidar en la Universidad del Sur de California.

A medida que construimos computadoras cuánticas más grandes, “los errores se suman hasta el punto de que eliminan los efectos cuánticos … lo que elimina la necesidad de la computadora cuántica”, dice Lidar.

En las computadoras clásicas, la detección y corrección de errores se realizan con datos duplicados: cualquier error puede remediarse reconstruyendo los bits erróneos de las partes no corrompidas de la máquina.

Pero en las computadoras cuánticas, es imposible duplicar los estados cuánticos sin medirlos, y la medición causa la pérdida de información.

Entonces, sin ningún medio para respaldar los resultados intermedios, las computadoras cuánticas simplemente no pueden usar técnicas clásicas de detección y corrección de errores.

La solución propuesta por los equipos consiste en cinco qubits, cada uno de los cuales puede estar en dos estados: uno o cero.

Por cada dos qubits de información, hay cuatro combinaciones posibles: cero-cero, cero-uno, uno-cero y uno-uno.

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Por ejemplo, cuando cuatro qubits representan un estado de dos qubits que debe ser cero-cero, la información está en una superposición donde los cuatro qubits muestran o cuatro unos o cuatro ceros, o un número igual de cada dígito.

Si hay un error en un qubit, el quinto qubit notará la distribución desigual de unos o ceros y cambiará su estado.

Este sistema de verificación reduce la tasa de error a 0.1 por ciento, en comparación con un error potencial de entre 10 y 15 por ciento para programas cuánticos de aproximadamente este tamaño, dice Norbert Linke de la Universidad de Maryland.

La implementación del grupo de IBM también muestra tasas de error reducidas.

Sin embargo, hay limitaciones al enfoque.

Por ejemplo, si un error cambia el qubit auxiliar de cero a uno, y un segundo error lo cambia a cero, el programa no detectará estos dos errores consecutivos.

Afortunadamente, los experimentos sugieren que tal escenario es raro.

Además, el programa simplemente demuestra la existencia de un error.

Localizar el error precisa más qubits.

Linke dice que su grupo planea ampliar el experimento e implementar una función de corrección de errores, que requiere más qubits.

Andrew Cross de IBM Watson Research Center dice que su grupo planea perfeccionar primero el programa de cinco qubits antes de pasar a la corrección de errores.

Fuente: New Scientist