Los investigadores cuánticos de la Universidad de Sydney, Dominic Williamson y Nudine Baspin, han revelado una nueva arquitectura transformadora para manejar los errores que surgen en el funcionamiento de las computadoras cuánticas.
Su enfoque teórico innovador promete no sólo aumentar la confiabilidad del almacenamiento de información cuántica, sino también reducir significativamente los recursos informáticos físicos necesarios para crear “qubits lógicos” (o “interruptores cuánticos” que pueden realizar cálculos útiles). Esto conducirá al desarrollo de “discos duros cuánticos” más compactos.
El autor principal, Dominic Williamson, del Nano Instituto y Escuela de Física de la Universidad de Sydney, dijo: “Aún quedan obstáculos importantes por superar en el desarrollo de una computadora cuántica universal. El mayor de ellos es que necesitamos utilizar principalmente qubits: los interruptores cuánticos en el corazón de la máquina, que son imprescindibles en la tecnología para suprimir los errores que aparecen.
“Nuestra arquitectura cuántica propuesta requeriría menos qubits para suprimir más errores, liberando más para el procesamiento cuántico útil”, dijo el Dr. Williamson, que actualmente trabaja como investigador cuántico en IBM durante 12 meses.
El estudio fue publicado comunicación de la naturaleza.
En el corazón de su arquitectura teórica hay una estructura tridimensional que permite la corrección de errores cuánticos en dos dimensiones. Las arquitecturas de corrección de errores actuales, también integradas en un sistema 3D de qubits, funcionan para reducir los errores en una sola dimensión con una sola línea de qubits conectados.
La corrección de errores se realiza escribiendo código que funciona a través de la estructura del qubit, un entramado de cómo se organizan los “interruptores cuánticos”. El objetivo es ganar una “carrera armamentista” en la que se utilizan qubits físicos para suprimir errores, utilizando la menor cantidad posible de qubits para reducirlos.
El Dr. Williamson dijo: “Los códigos 3D actuales solo pueden manejar errores L en un bloque de dimensiones L x L x L. Nuestros códigos pueden manejar errores de escalas como L.2 (LxL): una mejora significativa”.
Se sabe desde hace más de una década que una arquitectura tridimensional de corrección de errores cuánticos (LxLxL) tenía un límite superior de LxL, pero no se ha descubierto tal código.
La estudiante de doctorado y coautora Naudine Baspin dijo: “Esto significa que hemos descubierto nuevos estados de la materia cuántica en tres dimensiones con propiedades nunca antes vistas”.
Las computadoras cuánticas prometen resolver problemas complejos que actualmente están fuera del alcance de las computadoras clásicas. Sin embargo, un desafío importante en la realización de la computación cuántica práctica es la necesidad de mecanismos sólidos de corrección de errores.
Los métodos tradicionales de corrección de errores cuánticos, como el ampliamente estudiado código de superficie, tienen limitaciones en términos de escalabilidad y eficiencia de recursos.
La investigación de Williamson y Baspin presenta una arquitectura tridimensional que gestiona eficazmente los defectos cuánticos dentro de capas bidimensionales. Utilizando este código topológico tridimensional, los investigadores demostraron que es posible lograr un escalamiento óptimo y al mismo tiempo reducir significativamente la cantidad de qubits físicos necesarios. Este avance es crucial para el desarrollo de computadoras cuánticas escalables, ya que permite una construcción más compacta de sistemas de memoria cuántica.
Al reducir la sobrecarga física del qubit, los resultados allanan el camino para un “disco duro cuántico” más compacto: un sistema de memoria cuántica eficiente capaz de almacenar de manera confiable grandes cantidades de información cuántica.
El teórico cuántico y director del Nano Institute de la Universidad de Sydney, el profesor Stephen Bartlett, dijo: “Este avance podría ayudar a transformar la forma en que se construyen y operan las computadoras cuánticas, haciéndolas más accesibles y prácticas para una amplia gama de aplicaciones, desde criptografía hasta complejas. Simulaciones de sistemas cuánticos de muchos cuerpos.