QueEra
Existe un acuerdo generalizado en que la computación cuántica más útil tendrá que esperar al desarrollo de qubits con corrección de errores. La corrección de errores implica distribuir un poco de información cuántica (llamada qubit lógico) entre una pequeña colección de qubits de hardware. Los desacuerdos se centran principalmente en cuál es la mejor manera de implementarlo y cuánto tiempo llevará.
Un paso fundamental hacia este futuro se describe en un artículo publicado hoy en Nature. Un gran equipo de investigadores, con sede principalmente en la Universidad de Harvard, ha demostrado la capacidad de realizar múltiples operaciones en hasta 48 qubits lógicos. El trabajo muestra que el sistema, basado en el hardware desarrollado por la empresa QuEra, puede identificar correctamente la aparición de errores, lo que puede mejorar significativamente los resultados de los cálculos.
Yuval Boger, director de marketing de QuEra, dijo a Ars: “Sentimos que este es un hito muy importante en el camino hacia donde todos queremos estar, que son computadoras cuánticas a gran escala y tolerantes a fallas.
Detectar y corregir errores
Los algoritmos cuánticos complejos pueden requerir horas de mantenimiento y manipulación de información cuántica, y es probable que los qubits de hardware existentes nunca lleguen al punto en el que puedan manejar esto sin causar errores. La solución generalmente aceptada para esto es trabajar con qubits lógicos de corrección de errores. Esto implica distribuir qubits individuales entre una colección de qubits de hardware para que un error en uno de esos qubits no destruya por completo la información.
Los qubits adicionales pueden agregar corrección de errores a estos qubits lógicos. Están vinculados a los qubits de hardware que contienen los qubits lógicos, lo que permite monitorear su estado para identificar cuándo se han producido errores. La manipulación de estos qubits adicionales puede restaurarlos al estado que se perdieron cuando ocurrió el error.
En teoría, esta corrección de errores podría permitir que el hardware mantenga estados cuánticos durante mucho más tiempo del que son capaces los qubits de hardware individuales.
La compensación es un aumento significativo en la complejidad y el número de qubits. El último debería ser obvio: si cada qubit lógico requiere una docena de qubits, entonces se necesitan muchos más qubits de hardware para ejecutar cualquier algoritmo determinado. La corrección total de errores también requeriría mediciones repetidas para identificar cuándo ocurrieron los errores, identificar el tipo de error y realizar las correcciones necesarias. Y todo esto tendría que suceder mientras también se utilizaban qubits lógicos para ejecutar estos algoritmos.
También existen los aspectos prácticos para hacer que todo esto funcione. Es realmente fácil (según una definición muy relajada de «fácil») entender cómo realizar operaciones en pares de qubits de hardware. Es mucho más difícil entender cómo crearlos cuando cualquier qubit de hardware individual contiene, como mucho, sólo una fracción de un qubit lógico. Para aumentar la complejidad, existe una variedad de posibles esquemas de corrección de errores, y todavía estamos descubriendo sus ventajas y desventajas en términos de robustez, conveniencia y uso de qubits.
Eso no significa que no haya habido avances. Se ha demostrado que los qubits con corrección de errores mantienen la información cuántica mejor que los qubits de hardware que los albergan. Y en algunos casos, se han demostrado operaciones cuánticas individuales (llamadas puertas) utilizando pares de qubits lógicos. Y dos empresas (Atom Computing e IBM) han aumentado el número de qubits para proporcionar suficiente hardware para albergar muchos qubits lógicos.
Ingresa lo que fue
Al igual que Atom Computing, el hardware de QuEra utiliza átomos neutros, lo que tiene varias ventajas. La información cuántica se almacena en el espín nuclear de los átomos individuales, que es relativamente estable en términos de mantenimiento de información cuántica. Y debido a que cada átomo de un isótopo determinado es equivalente, no hay variación de un dispositivo a otro como ocurre en los qubits basados en hardware superconductor. Los átomos individuales se pueden abordar con láseres en lugar de necesitar cableado, y los átomos se pueden mover, lo que potencialmente permite que cualquier qubit se vincule a otro.
La generación actual de hardware QuEra admite hasta 280 qubits basados en átomos. Para que esto funcionara, estos átomos se movieron entre varias regiones funcionales. Uno es simplemente el almacenamiento, donde viven los qubits cuando no están siendo manipulados ni medidos. Contiene los qubits lógicos en uso y un conjunto de qubits no utilizados que se pueden movilizar durante la ejecución de un algoritmo. También hay una «zona de entrelazamiento» donde ocurren estas manipulaciones y una zona de lectura donde se puede medir el estado de los qubits individuales sin perturbar los qubits en otras partes del hardware.
