El proyecto de física de un estudiante podría hacer que las computadoras cuánticas sean dos veces más confiables

El cambio de un estudiante en el código de computación cuántica podría duplicar su capacidad para detectar errores, lo que despertó el interés del programa de computación cuántica de Amazon.

El nuevo código podría usarse para construir computadoras cuánticas que cumplan la promesa de tiempos de procesamiento ultrarrápidos y la capacidad de resolver problemas más complejos que los que pueden manejar las computadoras tradicionales. Hasta ahora, solo dos computadoras han logrado la «supremacía cuántica», o la capacidad de completar la computación cuántica más rápido que la supercomputadora más rápida. Pero ninguna de esas computadoras ha utilizado códigos de corrección de errores que serán necesarios para aumentar la computación cuántica para un uso generalizado y confiable, dijeron los investigadores del nuevo estudio.

El cálculo regular depende de los «bits», que son como interruptores que pueden ir de la posición «encendido» a «apagado». La posición de los bits codifica la información. La computación cuántica agrega una capa de complejidad al aprovechar el hecho de que a escalas muy, muy pequeñas, las propiedades físicas se vuelven extrañas: los qubits, las versiones cuánticas de los bits, pueden estar activados y desactivados al mismo tiempo, un estado llamado superposición. Los qubits también pueden enredarse, lo que significa que incluso si no están en contacto físico, el estado de uno afecta el estado del otro. Esto significa que las computadoras cuánticas pueden codificar información de formas más complejas almacenando información en estos extraños estados cuánticos. Los qubits pueden estar compuestos por varios tipos diferentes de partículas cuánticas, y la información se puede codificar a través de una red de qubits para que el daño a un solo qubit no destruya la información.

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Propenso a errores

Sin embargo, existe un problema. Los qubits son sensibles a las perturbaciones ambientales y, por tanto, son propensos a errores. Estos errores limitan la eficiencia de la computación cuántica, razón por la cual el campo aún está en su infancia, dijo el autor principal del estudio, Pablo Bonilla Ataides, estudiante de pregrado de la Universidad de Sydney, dijo en un comunicado. Bonilla encabezó el desarrollo del nuevo código como parte de su proyecto de física de segundo año. Google, IBM y otros grupos académicos e industriales están trabajando para construir computadoras cuánticas, pero hasta ahora son experimentales.

«Solo estamos tratando de unir las piezas de la computadora cuántica de tal manera que si van mal, y van mal, la computadora cuántica eventualmente funcionará de todos modos», dijo Benjamin Brown, coautor de la estudiar y físico cuántico en la Universidad de Sydney.

Bonilla y Brown, junto con sus colegas, han ideado un ajuste de codificación para corregir los errores que hacen que las computadoras cuánticas no sean confiables. La modificación implica un código especializado que corrige errores que se sabe que son más comunes que otros tipos, dijo Brown a WordsSideKick.com.

En una computadora clásica no cuántica, los bits codifican información con una serie de 0 y 1. El único tipo de error que puede ocurrir en este sistema es un error de «inversión de bits», en el que un 1 se convierte en uno. 0 o viceversa. al revés. Estos errores son bastante raros en la informática tradicional.

Los errores de inversión de bits también ocurren en la computación cuántica. Pero debido a que los qubits son más complejos que los bits tradicionales, también pueden tener errores más complejos. Otro tipo común de error en la computación cuántica es el error de cambio de fase. En este caso, el valor de la información cambia de positivo a negativo o viceversa. Siguiendo con 0 y 1 (aunque los sistemas cuánticos no son en realidad binarios como las computadoras tradicionales), esto sería como un 1 positivo que pasa a un 1. Estos errores pueden ocurrir por muchas razones físicas diferentes, dijo Brown. Los qubits podrían cambiar su momento angular o rotación. Pueden desenredarse entre sí o enredarse inadvertidamente con el mundo exterior. Cualquiera que sea la causa, el resultado es una pérdida de información.

«Si algunos de los bits comienzan a cambiar del estado en el que debería estar a uno diferente, eventualmente le darán las respuestas incorrectas y no será muy útil», dijo Brown.

Corrección de errores cuánticos

El nuevo código duplica la supresión de errores del código de corrección de errores anterior, dijo Bonilla en el comunicado. Los investigadores lograron esto de una manera sorprendentemente simple: simplemente rotaron las coordenadas a cada otro qubit en el sistema. Si cada qubit fuera una esfera y cada pieza de información codificada en el qubit fuera un punto en esa esfera, el código rotaría la mitad de las esferas para que la parte inferior se definiera hacia arriba y la parte superior como parte inferior. Esta estructura protege la información de errores de cambio de fase mientras mantiene la protección de errores de cambio de bit.

Los investigadores ahora están colaborando con científicos de la Universidad de Yale y Amazon Web Services que están desarrollando qubits que funcionan bien con este tipo de código, dijo Brown.

«Esperamos llevar esto adelante para ayudar realmente a construir una computadora cuántica», dijo.

Los investigadores describieron su nuevo estudio el 12 de abril en la revista Comunicaciones de la naturaleza.

Publicado originalmente en Live Science.

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