Google demuestra un paso vital hacia las computadoras cuánticas a gran escala


Mediante

computadora cuántica

Computadora cuántica Sycamore de Google

Rocco Ceselin / Google

Google ha demostrado que su computadora cuántica Sycamore puede detectar y corregir errores computacionales, un paso crítico para la computación cuántica a gran escala, pero su sistema actual genera más errores que los que resuelve.

La corrección de errores es una función estándar para computadoras ordinarias o clásicas que almacenan datos usando bits con dos estados posibles: 0 y 1. Transmitir datos con "bits de paridad" adicionales que advierten si un 0 se cambia a 1, o viceversa, significa que dichos errores se puedan encontrar y corregir.

En la computación cuántica, el problema es mucho más complejo porque cada bit cuántico, o qubit, existe en un estado mixto de 0 y 1, y cualquier intento de medirlos directamente destruye los datos. Una solución teórica de larga data a esto ha sido la consolidación de muchos qubits físicos en un solo "qubit lógico". Aunque estos qubits lógicos se crearon anteriormente, no se habían utilizado para la corrección de errores hasta ahora.

Julian Kelly de Google AI Quantum y sus colegas demostraron el concepto en la computadora cuántica Sycamore de Google, con qubits lógicos que van de cinco a 21 qubits físicos, y encontraron que las tasas de error de qubit lógicos disminuían exponencialmente por cada qubit físico adicional. El equipo pudo realizar mediciones cuidadosas de los qubits adicionales que no redujeron su condición pero, cuando se tomaron colectivamente, aún proporcionaron suficiente información para inferir si se había producido algún error.

Kelly dice que eso significa que es posible crear computadoras cuánticas prácticas y confiables en el futuro. "Este es básicamente nuestro primer medio paso en el camino para demostrarlo", dice. "Una forma viable de acceder a equipos tolerantes a errores a gran escala". Esta es una especie de vista previa de los dispositivos que queremos hacer en el futuro. "

El equipo logró demostrar esta solución conceptualmente pero queda un gran desafío de ingeniería. Agregar más qubits a cada qubit lógico tiene sus propios problemas, ya que cada qubit físico es en sí mismo susceptible a errores. La probabilidad de que un qubit lógico encuentre un error aumenta a medida que aumenta el número de qubits dentro de él.

Hay un punto de equilibrio en este proceso, conocido como punto de equilibrio, donde las funciones de corrección de errores detectan más problemas de los que trae el aumento de qubits. Es importante destacar que la corrección de errores de Google aún no está alcanzando el umbral. Hacer esto requerirá qubits físicos más silenciosos que experimenten menos errores y más de ellos dedicados a cada qubit lógico. El equipo cree que las computadoras cuánticas maduras necesitarán 1,000 qubits para crear cada qubit lógico; Sycamore actualmente solo tiene 54 qubits físicos.

Peter Knight, del Imperial College de Londres, dice que las búsquedas en Google son un avance hacia algo esencial para las futuras computadoras cuánticas. “Si no pudiéramos hacer esto, no tendremos una máquina a gran escala”, dice. "Aplaudo el hecho de que lo hayan hecho, solo porque sin él, sin este avance, todavía tendrá incertidumbre sobre si la hoja de ruta hacia la tolerancia a las averías fue alcanzable". Quitaron esas dudas.

Pero dice que será un gran desafío de ingeniería alcanzar el umbral y construir una corrección de errores efectiva, lo que significaría construir un procesador con muchos más qubits de lo que se ha demostrado hasta la fecha.

Referencia de la revista: Naturaleza, DOI: 10.1038 / s41586-021-03588-y

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