Desarrollan el sistema cuántico con la menor tasa de errores

Lo han logrado con el desarrollo de un sistema que utiliza el hardware de trampa de iones de Quantinuum y el nuevo sistema de virtualización de qubits de Microsoft, con el que las dos compañías han sido capaces de realizar más de 14.000 experimentos sin un solo error.

Este nuevo sistema cuántico, además, permitió al equipo que lo utilizaba comprobar los qubits lógicos y corregir los fallos que encontrarse sin destruir los qubits lógicos. Esto, según Microsoft y Quantinuum, ha hecho que la computación cuántica pueda dar un paso importante y dejar atrás la era de los ordenadores cuánticos de escala intermedia (limitados en los mejores casos a unos mil. qubits), caracterizados por el ruido.

El ruido se debe a que incluso los cambios más pequeños en el entorno pueden derivar en que un sistema cuántico se vuelva aleatorio. Por eso, no importa cuántos qubits tenga el sistema utilizado, en entornos en los que no hay casi tiempo para ejecutar un algoritmo básico antes de que el sistema se vuelva demasiado ruidoso para conseguir un resultado útil, o para lograr siquiera acercarse a él.

Para desarrollar este sistema cuántico, Microsoft y Quantinuum combinaron varias técnicas distintas, lo que implicó invertir cierto tiempo en la preparación y preselección de sistemas que, aparentemente, estaban en buen estado para una ejecución con éxito. A pesar de esta preparación previa, el desarrollo de este sistema es un paso adelante para la computación cuántica, y aunque todavía tiene muchos problemas que solucionar, un ordenador cuántico con 100 de los qubits lógicos de este sistema podría ya ser útil para resolver algunos problemas. Y una máquina con 1.000 de estos qubits podría aprovecharse ya a nivel de empresa.

El equipo utilizó el procesador de iones atrapados H2 de Quantinuum. Además, pudo clasificar 30 qubits físicos en cuatro qubits lógicos de fiabilidad elevada. La codificación de varios qubits físicos en un único qubit lógico ayuda a proteger el sistema de errores. Estos qubits físicos están unidos entre ellos, de manera que sea posible detectar un fallo en un qubit físico y repararlo.

Es precisamente la corrección de estos errores lo que ha frustrado hasta ahora al sector. Cuando menos ruido y mayor calidad de los qubits físicos, mejor, pero si no existen una corrección de errores sofisticada, no hay manera de avanzar hacia la siguiente etapa de la computación cuántica, porque los sistemas se vuelven aleatorios siempre, y lo hacen más pronto que tarde.

Según Dennis Tom, Responsable de Azure Quantum; y Krysta Svore, Vicepresidenta de desarrollo cuántico avanzado de Microsoft, «aumentar el número de qubits físicos con una tasa de error elevada, sin mejorar esa tasa de error, es inútil, porque al hacerlo solo se tendrá un ordenador cuántico más grande que no tiene más potencia que antes. Pero cuando se usan qubits físicos con una calidad de operaciones suficiente junto con un sistema de orquestación y diagnóstico avanzado para activar qubits virtuales, entonces aumentar el número de qubits físicos sí resulta en ordenadores cuánticos potentes y tolerantes a fallos, capaces de realizar operaciones de computación más largas y complejas«.

Hace relativamente poco, apenas un par de años, que los qubits lógicos empezaron a superar en rendimiento a los físicos. Ahora, Microsoft y Quantinuum señalan que su sistema cuántico demuestra el mayor huevo que hay entre las tasas de error físico y lógico, mejorando con el uso únicamente de qubits físicos hasta 800 veces. No obstante, los investigadores señalan que para avanzar es necesario que haya una brecha importante entre las tasas de error de qubits físicos y lógicos, además de tener capacidad de corregir errores de circuito individuales y de generar unión entre al menos dos qubits lógicos.

Si los resultados conseguido con este sistema se mantienen en sucesivos experimentos, los investigadores habrán conseguido estos tres puntos que acabamos de mencionar, y se podrá avanzar hacia lo que llaman la era de la computación cuántica resiliente. Por otro lado, el resultado más importante de los experimentos realizados con este sistema es la capacidad del equipo de llevar a cabo el diagnóstico y corrección de errores sin destruir al hacerlo el qubit lógico con el error.

Ilyas Kahn, Fundador y Responsable de producto de Quantinuum, ha subrayado que «los resultados obtenidos son un logro histórico, y son un reflejo maravilloso de cómo esta colaboración sigue rompiendo los límites del ecosistema cuántico«.