Los investigadores cuánticos de la Universidad de Sydney, Dominic Williamson y Noden Baspin, han revelado una nueva arquitectura revolucionaria para gestionar los errores que surgen en el funcionamiento de las computadoras cuánticas.
Su innovador enfoque teórico promete no sólo aumentar la confiabilidad del almacenamiento de información cuántica, sino también reducir significativamente los recursos informáticos físicos necesarios para crear “qubits lógicos” (o “interruptores cuánticos” que pueden realizar cálculos útiles). Esto debería conducir al desarrollo de un “disco duro cuántico” más compacto.
El autor principal, el Dr. Dominic Williamson, del Nano Instituto y Escuela de Física de la Universidad de Sydney, dijo: “Hay obstáculos importantes que superar en el desarrollo de una computadora cuántica universal. Uno de los más grandes es el hecho de que necesitamos usar la mayor parte de los qubits necesitan.” (interruptores cuánticos en el corazón de las máquinas) para suprimir los errores que inevitablemente ocurren dentro de la tecnología.
“Nuestra arquitectura cuántica propuesta requeriría menos qubits para suprimir más errores, liberando más para un procesamiento cuántico útil”, dijo el Dr. Williamson, que actualmente trabaja como investigador cuántico en IBM durante 12 meses.
El estudio se publica en Comunicaciones de la naturaleza.
En el corazón de su arquitectura teórica se encuentra una estructura tridimensional que permite la corrección de errores cuánticos en dos dimensiones. La arquitectura de corrección de errores actual, también integrada en un sistema 3D de qubits, funciona con una línea de qubits conectados para reducir los errores en una sola dimensión.
La corrección de errores se realiza escribiendo código que opera a través de estructuras qubit, una función reticular de cómo se regulan los “interruptores cuánticos”. El objetivo es ganar una “carrera armamentista” en la que se utilizan qubits físicos para suprimir errores y al mismo tiempo utilizar la menor cantidad posible de qubits para minimizarlos.
El Dr. Williamson dijo: “Los códigos 3D existentes sólo pueden manejar errores de L en un bloque de dimensiones L x L x L. Nuestros códigos pueden manejar errores que escalan como L.2 (LxL): una mejora significativa”.
Se sabe desde hace más de una década que las arquitecturas tridimensionales de corrección de errores cuánticos (LxLxL) tienen un límite superior en LxL, pero no se habían descubierto tales códigos.
El estudiante de doctorado y coautor Nouédyn Baspin dijo: “Esto significa que hemos descubierto nuevos estados de la materia cuántica en tres dimensiones con propiedades nunca antes vistas”.
Las computadoras cuánticas prometen resolver problemas complejos que actualmente están fuera del alcance de las computadoras clásicas. Sin embargo, un desafío importante en la realización de la computación cuántica práctica es la necesidad de mecanismos sólidos de corrección de errores.
Los métodos tradicionales de corrección de errores cuánticos, como el ampliamente estudiado código de superficie, tienen limitaciones en términos de escalabilidad y eficiencia de recursos.
La investigación de Williamson y Baspin presenta una arquitectura tridimensional que gestiona eficazmente los errores cuánticos dentro de capas bidimensionales. Aprovechando este código topológico tridimensional, los investigadores han demostrado que es posible lograr un escalamiento óptimo y al mismo tiempo reducir significativamente la cantidad de qubits físicos necesarios. Este avance es importante para el desarrollo de computadoras cuánticas escalables, ya que permite una construcción más compacta de sistemas de memoria cuántica.
Al reducir la sobrecarga física del qubit, los resultados allanan el camino para la creación de un “disco duro cuántico” más compacto: un sistema de memoria cuántica eficiente capaz de almacenar de manera confiable grandes cantidades de información cuántica.
El profesor Stephen Bartlett, teórico cuántico y director del Nano Institute de la Universidad de Sydney, dijo: “Estos desarrollos podrían ayudar a transformar la forma en que se construyen y ejecutan las computadoras cuánticas, permitiéndoles ser utilizadas en aplicaciones que van desde la criptografía hasta las complejas. práctico para una gama más amplia de sistemas cuánticos de muchos cuerpos”.
