Avance clave en la reducción de errores de las computadoras cuánticas

A pesar de las constantes mejoras de los ordenadores cuánticos, siguen siendo "ruidosos" y propensos a errores, lo que conduce a que los resultados de sus operaciones sean cuestionables o directamente erróneos. Según algunas estimaciones, los ordenadores cuánticos no superarán a las actuales supercomputadoras "clásicas" hasta dentro de entre cinco y diez años, concretamente hasta que se consiga encontrar un modo de corregir adecuadamente los errores que afectan a los bits cuánticos o qubits.

Sin embargo, un nuevo estudio demuestra que, incluso sin una buena corrección de errores, hay formas de mitigarlos que podrían hacer que los ordenadores cuánticos fueran útiles para algunas tareas hoy mismo.

El estudio es obra de científicos de un centro de investigación cuántica de la empresa IBM y sus colaboradores en la Universidad de California en Berkeley y el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, en Estados Unidos todas estas entidades.

El equipo, encabezado por Youngseok Kim de IBM, enfrentó a un ordenador cuántico de 127 bits contra una supercomputadora clásica de última generación y, al menos para un tipo de cálculo, el ordenador cuántico superó a la supercomputadora.

El cálculo no se eligió porque fuera difícil para los ordenadores clásicos, sino porque es del mismo tipo que los cálculos en los que más suelen trabajar los físicos. Y lo que es más importante, el cálculo podía hacerse cada vez más complejo para comprobar si los ordenadores cuánticos actuales, ruidosos y propensos a errores, son capaces de producir resultados precisos para ciertos tipos de cálculos comunes.

Vista interior de una parte del sistema que mantiene fría a la computadora cuántica Eagle de IBM, cuyo procesador cuántico contiene 127 bits cuánticos. (Foto: IBM Research)

El hecho de que el ordenador cuántico produjera la solución correcta verificable a medida que el cálculo se hacía más complejo, mientras que el algoritmo de la supercomputadora producía una respuesta incorrecta, permite albergar la esperanza de que la estrategia de usar algoritmos de computación cuántica que lidian con los errores, en vez de intentar hallar un modo de eliminar tales errores, resulte una vía más fácil y rápida para lograr ordenadores cuánticos operativos, con los que abordar problemas de física de vanguardia, como por ejemplo desentrañar los entresijos de las propiedades cuánticas de los superconductores.

"Estamos entrando en un situación en la que el ordenador cuántico podría ser capaz de hacer cosas que los algoritmos actuales de los ordenadores clásicos no pueden hacer", resume Sajant Anand, de la Universidad de California en Berkeley y miembro del equipo de investigación.

La principal causa de la aparente superioridad del ordenador cuántico de IBM es su uso en él de una nueva técnica para lidiar con errores cuánticos. Esta técnica es capaz de tener en cuenta el “ruido” que acompaña a un cálculo cuántico y evitar que sus efectos distorsionen el resultado final del cálculo. Paradójicamente, los investigadores de IBM aumentaron de forma controlable el ruido en su circuito cuántico para obtener respuestas aún más ruidosas y menos precisas y, a continuación, examinaron retrospectivamente el proceso para estimar la respuesta que el ordenador habría proporcionado si no hubiera ruido. Para obtener pautas lo bastante claras y fiables, hay que conocer bien el ruido que afecta a los circuitos cuánticos y tener una capacidad lo bastante buena para predecir cómo ese ruido afecta al resultado. La estrategia recuerda, en cierto modo, a la de emplear óptica adaptativa para que la atmósfera no distorsione las observaciones astronómicas hechas por un telescopio en la superficie terrestre, en vez de eliminar el problema de la atmósfera situando el telescopio en el espacio.

Youngseok Kim y sus colegas exponen los detalles técnicos de su avance en la revista académica Nature, bajo el título “Evidence for the utility of quantum computing before fault tolerance”. (Fuente: NCYT de Amazings)