Las computadoras cuánticas aún enfrentan un obstáculo importante en su camino hacia casos de uso prácticos: su capacidad limitada para corregir los errores computacionales que surgen. Para desarrollar computadoras cuánticas verdaderamente confiables, los investigadores deben poder simular cálculos cuánticos utilizando computadoras convencionales para verificar su corrección, una tarea very important pero extraordinariamente difícil. Ahora, en un mundo primero, los investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers en Suecia, la Universidad de Milán, la Universidad de Granada y la Universidad de Tokio han presentado un método para simular tipos específicos de cálculos cuánticos corregidos por error, un salto significativo en la búsqueda de tecnologías cuánticas sólidas.
Las computadoras cuánticas tienen el potencial de resolver problemas complejos que ninguna supercomputadora hoy puede manejar. En el futuro previsible, se espera que el poder informático de Quantum Know-how revolucione las formas fundamentales de resolver problemas en medicina, energía, cifrado, IA y logística.
A pesar de estas promesas, la tecnología enfrenta un gran desafío: la necesidad de corregir los errores que surgen en un cálculo cuántico. Si bien las computadoras convencionales también experimentan errores, se pueden corregir de manera rápida y confiable utilizando técnicas bien establecidas antes de que puedan causar problemas. Por el contrario, las computadoras cuánticas están sujetas a muchos más errores, que también son más difíciles de detectar y corregir. Los sistemas cuánticos aún no son tolerantes a fallas y, por lo tanto, aún no son completamente confiables.
Para verificar la precisión de un cálculo cuántico, los investigadores simulan, o imitan, los cálculos utilizando computadoras convencionales. Por lo tanto, un tipo de cálculo cuántico particularmente importante que los investigadores están interesados en simular es uno que puede soportar perturbaciones y corregir efectivamente los errores. Sin embargo, la inmensa complejidad de los cálculos cuánticos hace que tales simulaciones sean extremadamente exigentes, tanto que, en algunos casos, incluso la mejor supercomputadora convencional del mundo tomaría la edad del universo para reproducir el resultado.
Investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers, la Universidad de Milán, la Universidad de Granada y la Universidad de Tokio ahora se han convertido en los primeros en el mundo en presentar un método para simular con precisión un cierto tipo de computación cuántica que es particularmente adecuada para la corrección de errores, pero que hasta ahora ha sido muy difícil de simular. El avance aborda un desafío de larga information en la investigación cuántica.
“We’ve found a option to simulate a selected sort of quantum computation the place earlier strategies haven’t been efficient. Because of this we will now simulate quantum computations with an error correction code used for fault tolerance, which is essential for with the ability to construct higher and extra strong quantum computer systems sooner or later,” says Cameron Calcluth, PhD in Utilized Quantum Physics at Chalmers and first writer of a research just lately revealed in Cartas de revisión física.
Correctas de error de error: exigentes pero cruciales
La capacidad limitada de las computadoras cuánticas para corregir los errores proviene de sus bloques de construcción fundamentales, qubits, que tienen el potencial de inmensa potencia computacional pero también son altamente sensibles. La potencia computacional de las computadoras cuánticas se basa en el fenómeno mecánico cuántico de la superposición, lo que significa que los qubits pueden contener simultáneamente los valores 1 y 0, así como en todos los estados intermedios, en cualquier combinación. La capacidad computacional aumenta exponencialmente con cada qubit adicional, pero la compensación es su extrema susceptibilidad a las perturbaciones.
“El más mínimo ruido de los alrededores en forma de vibraciones, radiación electromagnética o un cambio de temperatura puede hacer que los qubits calculen mal o incluso pierdan su estado cuántico, su coherencia, también perdiendo su capacidad para continuar calculando”, cube Calcluth.
Para abordar este problema, los códigos de corrección de errores se utilizan para distribuir información en múltiples subsistemas, lo que permite detectar y corregir errores sin destruir la información cuántica. Una forma es codificar la información cuántica de un qubit en los niveles de energía múltiples, posiblemente infinitos, de un sistema mecánico cuántico vibrante. Esto se llama código bosónico. Sin embargo, simular cálculos cuánticos con códigos bosónicos es particularmente desafiante debido a los múltiples niveles de energía, y los investigadores no han podido simularlos de manera confiable utilizando computadoras convencionales, hasta ahora.
Nueva clave de herramienta matemática en la solución de los investigadores
El método desarrollado por los investigadores consiste en un algoritmo capaz de simular cálculos cuánticos que utilizan un tipo de código bosónico conocido como el código Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP). Este código se usa comúnmente en implementaciones líderes de computadoras cuánticas.
“The best way it shops quantum info makes it simpler for quantum computer systems to appropriate errors, which in flip makes them much less delicate to noise and disturbances. Because of their deeply quantum mechanical nature, GKP codes have been extraordinarily troublesome to simulate utilizing typical computer systems. However now we now have lastly discovered a singular means to do that way more successfully than with earlier strategies,” says Giulia Ferrini, Affiliate Professor of Utilized Quantum Physics at Chalmers and co-author of el estudio.
Los investigadores lograron usar el código en su algoritmo creando una nueva herramienta matemática. Gracias al nuevo método, los investigadores ahora pueden probar y validar de manera más confiable los cálculos de una computadora cuántica.
“Esto abre formas completamente nuevas de simular cálculos cuánticos que antes no hemos podido probar pero que somos cruciales para poder construir computadoras cuánticas estables y escalables”, cube Ferrini.
Más sobre la investigación
La simulación clásica de los circuitos con los estados realistas de Gottesman-Kitaev-Preskill realistas se ha publicado en Letters Bodily Evaluation Letters. Los autores son Cameron Calcluth, Giulia Ferrini, Oliver Hahn, Juani Bermejo-Vega y Alessandro Ferraro. Los investigadores están activos en la Universidad Tecnológica de Chalmers, Suecia, la Universidad de Milán, Italia, la Universidad de Granada, España y la Universidad de Tokio, Japón.
