Un procesador cuántico pasa del caos al orden con comprobaciones repetidas
Investigadores de Estados Unidos han demostrado, en un procesador IBM Quantum Heron de 156 cúbits, que las comprobaciones y los reinicios repetidos pueden mantener el caos bajo control, un mecanismo necesario para los ordenadores cuánticos tolerantes a fallos. El estudio, publicado en Nature Physics, muestra en parte cómo podría funcionar la corrección de errores en tiempo real. La tolerancia a fallos significa detectar y corregir errores mientras el ordenador sigue ejecutando sus cálculos.
Por qué importa la corrección de errores
Los ordenadores cuánticos actuales son prototipos limitados y de pequeña escala. Los cúbits, las unidades básicas de los ordenadores cuánticos, pueden ser 1, 0 o cualquier valor intermedio (una superposición) hasta que se miden. De ahí proviene la ganancia exponencial de potencia de cálculo. Pero los cúbits también son muy delicados y se alteran fácilmente por el calor o el movimiento, y por eso la corrección de errores es tan importante.
«Para construir un ordenador cuántico tolerante a fallos, tenemos que hacer estas comprobaciones y correcciones no solo una o dos veces, sino un número enorme de veces durante un cálculo», afirma el físico Jedediah Pixley, de la Universidad Rutgers. «Este experimento es un hito en ese camino».
Mezclar frente a controlar
El equipo utilizó un sistema de dos fases diseñado tanto para introducir caos como para corregirlo después. Conectaron hasta 100 cúbits a la vez y establecieron dos tareas alternas: la mezcla (scrambling), que extiende el caos por el sistema, y el control, que reinicia los cúbits cuando es necesario.
«El reto no era simplemente medir un cúbit, sino hacerlo de forma repetida mientras el resto del procesador seguía funcionando», dice la física de IBM Maika Takita. «Este experimento demuestra que el hardware actual puede coordinar operaciones cuánticas, mediciones y reinicios miles de veces en un sistema grande».
Un punto de inflexión nítido
Los investigadores modificaron el equilibrio entre la mezcla y el reinicio. En casi 5000 operaciones de cúbits y casi 5000 comprobaciones y reinicios, el orden regresó cuando las comprobaciones y los reinicios supusieron más de la mitad del total de operaciones. A medida que se añadían más cúbits, el punto de inflexión se definía mejor en los datos, una prueba de una auténtica transición de fase cuántica, como el agua que se convierte en hielo de forma unificada.
«La concordancia entre el experimento y la teoría demostró que no se trataba de una característica accidental de un circuito pequeño. Era un comportamiento colectivo que surgía en todo el sistema cuántico», dice Haining Pan, de la Universidad de Florida. Justin Wilson, de la Universidad Estatal de Luisiana, añade: «No era obvio que esta transición entre caos y control sobreviviera en la física cuántica, pero nuestros resultados muestran que sí».
Los autores señalan que el esquema de comprobación y reinicio tendrá que ampliarse con reglas más complejas para ser útil en la computación cuántica real. Por ahora funciona como una prueba de resistencia de los bucles de retroalimentación que mantienen en marcha ordenadamente los sistemas cuánticos. Más en nuestra sección de tecnología.