Una de las mayores barreras para la computación cuántica a gran escala es la propensión a errores de esta tecnología. Esta semana, Google anunció un gran avance en la corrección de errores cuánticos, que podría dar lugar a computadoras cuánticas capaces de abordar problemas del mundo real.
La computación cuántica promete resolver problemas que van más allá de las computadoras clásicas aprovechando los extraños efectos de la mecánica cuántica. Pero para lograrlo necesitaremos procesadores compuestos por cientos de miles, si no millones, de qubits (el equivalente cuántico de los bits).
Recién habiendo cruzado el Marca de 1,000 qubitsLos dispositivos actuales están muy lejos de lograrlo, pero lo más importante es que sus qubits son increíblemente poco fiables. Los dispositivos son muy susceptibles a errores que pueden hacer fracasar cualquier intento de realizar cálculos mucho antes de que un algoritmo haya seguido su curso.
Por eso, la corrección de errores ha sido una de las prioridades de las empresas de computación cuántica en los últimos años. Ahora, el nuevo procesador cuántico Willow de Google, presentado el lunes, ha cruzado un umbral crítico que sugiere que, a medida que los dispositivos de la empresa se hagan más grandes, su capacidad para eliminar errores mejorará exponencialmente.
“Este es el prototipo más convincente de un qubit lógico escalable construido hasta la fecha”, escribió Hartmut Neven, fundador y líder de Google Quantum AI, en una entrada de blog“Es una clara señal de que es posible construir ordenadores cuánticos útiles y de gran tamaño”.
Los esquemas de corrección de errores cuánticos funcionan generalmente distribuyendo la información necesaria para realizar los cálculos entre varios cúbits. Esto introduce redundancia en los sistemas, de modo que incluso si uno de los cúbits subyacentes experimenta un error, la información puede recuperarse. Con este enfoque, se pueden combinar muchos “cúbits físicos” para crear un único “cúbit lógico”.
En general, cuantos más cúbits físicos se utilicen para crear cada cúbit lógico, más resistente será a los errores. Pero esto solo es cierto si la tasa de error de los cúbits individuales es inferior cierto umbralDe lo contrario, la mayor probabilidad de que se produzca un error al agregar más qubits defectuosos supera los beneficios de la redundancia.
Mientras que otros grupos han demostrado una corrección de errores que produce mejoras modestas en la precisiónLos resultados de Google son definitivos. En una serie de experimentos reportado en Naturaleza, codificaron cúbits lógicos en matrices cada vez más grandes (comenzando con una cuadrícula de tres por tres) y descubrieron que cada vez que aumentaban el tamaño, la tasa de error se reducía a la mitad. Fundamentalmente, el equipo descubrió que los cúbits lógicos que crearon duraban más del doble que los cúbits físicos que los componen.
“Cuantos más qubits usemos en Willow, más reduciremos los errores y más cuántico se volverá el sistema”, escribió Neven.
Esto fue posible gracias a mejoras significativas en la tecnología superconductora subyacente de cúbits que Google utiliza para construir sus procesadores. En el procesador Sycamore anterior de la compañía, la vida útil operativa promedio de cada cúbit físico era de aproximadamente 20 microsegundos. Pero gracias a nuevas técnicas de fabricación y optimizaciones de circuitos, los cúbits de Willow han más que triplicado esta duración hasta los 68 microsegundos.
Además de demostrar la capacidad de corrección de errores del chip, los investigadores de la empresa también demostraron su velocidad. Realizaron un cálculo en menos de cinco minutos que le llevaría al segundo superordenador más rápido del mundo, Frontier, 10 septillones de años completar. Sin embargo, la prueba que utilizaron es artificial y tiene poca utilidad práctica. El ordenador cuántico simplemente tiene que ejecutar circuitos aleatorios sin ningún propósito útil, y el ordenador clásico tiene que intentar emularlo.
La gran prueba para empresas como Google es pasar de estas pruebas de concepto a la solución de problemas comercialmente relevantes. El nuevo resultado de la corrección de errores es un gran paso en la dirección correcta, pero todavía queda un largo camino por recorrer.
Julian Kelly, quien dirige la división de hardware cuántico de la empresa, dijo Naturaleza que resolver desafíos prácticos probablemente requerirá tasas de error de alrededor de uno por cada diez millones de pasos. Lograr eso requerirá qubits lógicos compuestos de aproximadamente 1,000 qubits físicos cada uno, aunque avances en los esquemas de corrección de errores Podría reducir esta cifra en varios cientos de qubits.
Más importante aún, la demostración de Google simplemente implicó almacenar información en sus qubits lógicos en lugar de usarlos para realizar cálculos. En declaraciones a la MIT Technology Review En septiembre, cuando se publicó una preimpresión de la investigación en arXiv, Kenneth Brown, de la Universidad de Duke, señaló que realizar cálculos prácticos probablemente requeriría que una computadora cuántica realizara aproximadamente mil millones de operaciones lógicas.
Por tanto, a pesar de los impresionantes resultados, todavía queda un largo camino por recorrer hasta que se creen ordenadores cuánticos a gran escala que puedan hacer algo útil. Sin embargo, Google parece haber llegado a un importante punto de inflexión que sugiere que esta visión ya está a nuestro alcance.
Crédito de la imagen: Google
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- Fuente: https://singularityhub.com/2024/12/12/googles-latest-quantum-computing-breakthrough-shows-practical-machines-are-within-reach/
