El “Journal Club” de IQT es una serie de artículos semanales que analiza un artículo de investigación reciente sobre tecnología cuántica y analiza sus impactos en el ecosistema cuántico. Esta semana se centra en el tan debatido Papel de la naturaleza publicado por investigadores de la Universidad de Harvard, el MIT, la Universidad de Maryland/NIST y QuEra, que analiza la corrección de errores, que "demostró con éxito puertas entrelazadas de dos qubits con una fidelidad sin precedentes del 99.5% en 60 qubits de átomos neutros en paralelo", como informó la prensa. lanzamiento anunciado recientemente. 

El campo de la computación cuántica está a punto de lograr un gran avance, gracias a un reciente desarrollo en el ámbito de la corrección de errores cuánticos y los procesadores cuánticos lógicos. Este nuevo estudio publicado por investigadores de algunos de los actores clave más importantes de la tecnología cuántica (MIT, Universidad de Harvard, NIST/Universidad de Maryland y Quera) presagia un importante paso adelante para abordar uno de los desafíos más abrumadores de la computación cuántica: la corrección de errores en sistemas a gran escala.

La importancia de la corrección de errores cuánticos

La computación cuántica promete superar a las computadoras clásicas en la resolución de problemas complejos específicos. Sin embargo, para aprovechar este potencial a gran escala se requiere una tasa excepcionalmente baja de errores de puerta, un objetivo que es difícil de lograr con dispositivos físicos. La solución radica en la corrección de errores cuánticos (QEC), que implica distribuir la información de un qubit lógico entre múltiples qubits físicos redundantes. Esta redundancia permite que el sistema mantenga su integridad incluso si fallan algunos qubits físicos. En teoría, esto significa que con suficientes qubits y tasas de error físico suficientemente bajas, un qubit lógico puede funcionar con alta fidelidad, allanando el camino para algoritmos a gran escala.

A pesar de su atractivo conceptual, implementar QEC útil en la práctica conlleva su propio conjunto de desafíos. Estos incluyen la importante sobrecarga en la cantidad de qubits físicos necesarios y la complejidad de las operaciones de puerta entre los grados de libertad lógicos deslocalizados.

La configuración del procesador cuántico

Este nuevo estudio presenta un procesador cuántico programable que supera estos obstáculos. El procesador se basa en un control de nivel lógico sobre qubits lógicos en matrices de átomos neutros reconfigurables. Cuenta con hasta 280 qubits físicos y demuestra varios aspectos clave de QEC, incluido el escalado a códigos grandes, la tolerancia a fallas y la implementación de circuitos complejos.

La arquitectura de este procesador lógico es particularmente ingeniosa. Está segmentado en tres zonas: una zona de almacenamiento para el almacenamiento de qubits densos, una zona de entrelazamiento para la codificación de qubits lógicos y operaciones de puerta, y una zona de lectura para la lectura en medio del circuito de qubits lógicos o físicos. Este diseño permite un control eficiente y minimiza los errores de puerta entrelazados, lo cual es crucial para mantener la coherencia durante todo el proceso de cálculo.

Los resultados de la corrección de errores

Uno de los logros notables de este procesador es la demostración exitosa de una puerta lógica de dos qubits con rendimiento mejorado al escalar la distancia del código de superficie. También logró la creación tolerante a fallas de estados lógicos GHZ (un estado cuántico especial donde múltiples partículas están conectadas de tal manera que el estado de cada partícula no se puede describir independientemente de las demás, sin importar qué tan separadas estén), alimentación anticipada teletransportación por entrelazamiento y el funcionamiento de 40 qubits de códigos de colores. En demostraciones más complejas, el procesador realizó circuitos de muestreo con hasta 48 qubits lógicos entrelazados con conectividad de hipercubo, lo que demuestra que la codificación lógica mejora sustancialmente el rendimiento algorítmico.

Estos avances no son sólo hazañas teóricas. Representan una aplicación práctica en la computación cuántica temprana con corrección de errores y trazan un camino hacia procesadores lógicos a gran escala. Este desarrollo es de gran importancia para la tecnología cuántica, ya que muestra una forma viable de ampliar la computación cuántica y al mismo tiempo gestionar los errores de forma eficaz. Las implicaciones de esto son enormes y podrían acercarnos a la realización de computadoras cuánticas que puedan abordar problemas que están mucho más allá del alcance de la computación clásica.

Kenna Hughes-Castleberry es la editora gerente de Inside Quantum Technology y la comunicadora científica de JILA (una asociación entre la Universidad de Colorado Boulder y el NIST). Sus temas de escritura incluyen tecnología profunda, computación cuántica e inteligencia artificial. Su trabajo ha aparecido en Scientific American, Discover Magazine, New Scientist, Ars Technica y más.

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• Fuente: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/iqts-journal-club-a-new-look-on-simulation-of-molecular-materials/