steve brierley Sostiene que las computadoras cuánticas deben implementar técnicas integrales de corrección de errores antes de que puedan volverse completamente útiles para la sociedad.
“No hay argumentos convincentes que indiquen que se encontrarán aplicaciones comercialmente viables que no es necesario Utilice códigos de corrección de errores cuánticos y computación cuántica tolerante a fallos”. Así lo afirmó el físico de Caltech John Preskill durante una charla al final de 2023 en la reunión Q2B23 en California. En pocas palabras, cualquiera que quiera construir una computadora cuántica práctica necesitará encontrar una manera de lidiar con los errores.
Las computadoras cuánticas son cada vez más poderosas, pero sus componentes fundamentales (bits cuánticos o qubits) son muy propensos a errores, lo que limita su uso generalizado. No basta con construir computadoras cuánticas con más y mejores qubits. Liberar todo el potencial de las aplicaciones de computación cuántica requerirá nuevas herramientas de hardware y software que puedan controlar qubits inherentemente inestables y corregir de manera integral errores del sistema 10 mil millones de veces o más por segundo.
Las palabras de Preskill esencialmente anunciaron el amanecer de la llamada Corrección de errores cuánticos (QEC) era. QEC No es una idea nueva y las empresas llevan muchos años desarrollando tecnologías para proteger la información almacenada en qubits de errores y decoherencias provocados por el ruido. Lo nuevo, sin embargo, es renunciar a la idea de que los ruidosos dispositivos de escala intermedia (NISQ) actuales podrían superar a los superordenadores clásicos y ejecutar aplicaciones que actualmente son imposibles.
Claro, NISQ (un término acuñado por Preskill) fue un paso importante en el camino hacia la tolerancia a fallas. Pero la industria cuántica, los inversores y los gobiernos ahora deben darse cuenta de que la corrección de errores es el desafío decisivo de la computación cuántica.
Cuestión de tiempo
Sólo en el último año QEC ya ha experimentado un progreso sin precedentes. En 2023 Google demostró que un sistema de 17 qubits podía recuperarse de un solo error y un sistema de 49 qubits de dos errores (Naturaleza 614 676). Amazon lanzó un chip que suprimía errores 100 veces, mientras Científicos de IBM descubrió un nuevo esquema de corrección de errores que funciona con 10 veces menos qubits (arXiv: 2308.07915). Luego, a finales de año, Quera, la spin-out cuántica de la Universidad de Harvard, produjo el mayor número hasta el momento de qubits con corrección de errores .
La decodificación, que convierte muchos qubits físicos poco confiables en uno o más qubits "lógicos" confiables, es una tecnología central de QEC. Esto se debe a que las computadoras cuánticas a gran escala generarán terabytes de datos cada segundo que deben decodificarse tan rápido como se adquieren para detener la propagación de errores y hacer que los cálculos sean inútiles. Si no decodificamos lo suficientemente rápido, nos enfrentaremos a un acumulación de datos en crecimiento exponencial.
La estrategia cuántica nacional del Reino Unido es un plan en el que todos podemos creer
Mi propia empresa, Riverlane, presentó el año pasado El decodificador cuántico más potente del mundo.. Nuestro decodificador está resolviendo este problema de acumulación, pero todavía hay mucho más trabajo por hacer. Actualmente, la empresa está desarrollando “decodificadores de transmisión” que pueden procesar flujos continuos de resultados de medición a medida que llegan, no después de finalizar un experimento. Una vez que hayamos alcanzado ese objetivo, habrá más trabajo por hacer. Y los decodificadores son sólo un aspecto de QEC: también necesitamos “sistemas de control” de alta precisión y alta velocidad para leer y escribir los qubits.
A medida que las computadoras cuánticas continúan creciendo, estos sistemas decodificadores y de control deben trabajar juntos para producir qubits lógicos sin errores y, para 2026, Riverlane pretende haber construido un decodificador adaptativo o en tiempo real. Las máquinas actuales sólo son capaces de realizar unos pocos cientos de operaciones sin errores, pero los desarrollos futuros funcionarán con computadoras cuánticas capaces de procesar un millón de operaciones cuánticas sin errores (conocidas como MegaQuOp).
Riverlane no está solo en tales esfuerzos y otras empresas cuánticas ahora están dando prioridad a QEC. IBM no ha trabajado anteriormente en tecnología QEC, sino que se ha centrado en más y mejores qubits. Pero la empresa Hoja de ruta cuántica 2033 afirma que IBM pretende construir una máquina de 1000 qubits para finales de la década que sea capaz de realizar cálculos útiles, como simular el funcionamiento de moléculas catalizadoras.
Quera, por su parte, reveló recientemente su hoja de ruta que también prioriza la QEC, mientras que el La estrategia cuántica nacional del Reino Unido tiene como objetivo construir computadoras cuánticas capaces de ejecutar un billón de operaciones sin errores (TeraQuOps) para 2035. Otras naciones han publicado planes similares y un objetivo para 2035 parece alcanzable, en parte porque la comunidad de computación cuántica está comenzando a apuntar a computadoras más pequeñas e incrementales, pero objetivos igualmente ambiciosos.
Preparando el escenario para un mercado cuántico: dónde está el negocio cuántico y cómo podría desarrollarse
Lo que realmente me entusiasma de la Estrategia Cuántica Nacional del Reino Unido es el objetivo de tener una máquina MegaQuOp para 2028. Una vez más, este es un objetivo realista; de hecho, incluso diría que alcanzaremos el régimen MegaQuOp antes, razón por la cual La solución QEC de Riverlane, Deltaflow, estará lista para funcionar con estas máquinas MegaQuOp en 2026. No necesitamos ninguna física radicalmente nueva para construir una computadora cuántica MegaQuOp, y dicha máquina nos ayudará a comprender y perfilar mejor los errores cuánticos.
Una vez que entendamos estos errores, podemos comenzar a corregirlos y continuar con las máquinas TeraQuOp. TeraQuOp también es un objetivo flotante, y las mejoras tanto en el QEC como en otros lugares podrían dar lugar a que el objetivo de 2035 se alcance unos años antes.
Es sólo cuestión de tiempo que los ordenadores cuánticos sean útiles para la sociedad. Y ahora que tenemos un enfoque coordinado en la corrección de errores cuánticos, alcanzaremos ese punto de inflexión más temprano que tarde.
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- Fuente: https://physicsworld.com/a/why-error-correction-is-quantum-computings-defining-challenge/
