Computadoras cuánticas autorreparables: libres de errores y tolerantes a fallas

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  Previsión Quantumrun
• Febrero 14, 2023

Resumen de información

La computación cuántica representa un cambio de paradigma en el procesamiento informático. Estos sistemas tienen el potencial de resolver cálculos complejos en cuestión de minutos que a las computadoras clásicas les llevaría años, a veces siglos, realizar. Sin embargo, el primer paso para aprovechar todo el potencial de las tecnologías cuánticas es garantizar que puedan autorreparar sus resultados.

Contexto de computación cuántica autorreparable

En 2019, el chip Sycamore de Google, que contiene 54 qubits, pudo realizar en 200 segundos un cálculo que normalmente tardaría 10,000 años en completarse en un ordenador clásico. Este logro fue el catalizador de la supremacía cuántica de Google, recibiendo reconocimiento mundial como un gran avance en la computación cuántica. Posteriormente, esto ha generado más investigaciones y avances en el campo.

En 2021, Sycamore dio un paso más al demostrar que puede corregir errores computacionales. Sin embargo, el proceso en sí introdujo nuevos errores posteriormente. Un problema habitual en la computación cuántica es que la precisión de sus cálculos aún es deficiente en comparación con los sistemas clásicos. 

Las computadoras que usan bits (dígitos binarios, que son la unidad más pequeña de datos de computadora) con dos estados posibles (0 y 1) para almacenar datos vienen equipadas con corrección de errores como característica estándar. Cuando un bit se vuelve 0 en lugar de 1 o viceversa, este tipo de error se puede detectar y corregir.

El desafío en la computación cuántica es más complejo ya que cada bit cuántico, o qubit, existe simultáneamente en un estado de 0 y 1. Si intenta medir su valor, los datos se perderán. Una posible solución desde hace mucho tiempo ha sido agrupar muchos qubits físicos en un “qubit lógico” (qubits controlados por algoritmos cuánticos). Aunque los qubits lógicos ya existían antes, no se utilizaban para corregir errores.

Impacto disruptivo

Varias instituciones de investigación y laboratorios de inteligencia artificial han estado estudiando cómo crear qubits lógicos que puedan autocorregirse. Por ejemplo, la Universidad de Duke y el Joint Quantum Institute, con sede en EE. UU., crearon un qubit lógico que funciona como una sola unidad en 2021. Al basarlo en un código de corrección de errores cuánticos, las fallas se pueden detectar y corregir más fácilmente. Además, el equipo hizo que el qubit fuera tolerante a fallas para contener los efectos negativos de dichos errores. Este resultado fue la primera vez que se demostró que un qubit lógico es más confiable que cualquier otro paso requerido en su creación.

Utilizando el sistema de trampa de iones de la Universidad de Maryland, el equipo pudo enfriar hasta 32 átomos individuales con láseres antes de suspenderlos sobre electrodos en un chip. Al manipular cada átomo con láseres, pudieron utilizarlo como un qubit. Los investigadores han demostrado que los diseños innovadores podrían algún día liberar a la computación cuántica de su estado actual de errores. Los qubits lógicos tolerantes a fallos pueden solucionar los fallos de los qubits contemporáneos y podrían ser la columna vertebral de ordenadores cuánticos fiables para aplicaciones del mundo real.

Sin computadoras cuánticas autocorregibles o autorreparadoras, sería imposible crear sistemas de inteligencia artificial (IA) que sean precisos, transparentes y éticos. Estos algoritmos requieren grandes cantidades de datos y potencia informática para alcanzar su potencial, lo que incluye hacer que los vehículos autónomos sean seguros y gemelos digitales que puedan soportar dispositivos de Internet de las cosas (IoT).

Implicaciones de la computación cuántica autorreparable

Las implicaciones más amplias de las inversiones en computación cuántica autorreparable pueden incluir: 

• Desarrollar sistemas cuánticos que puedan procesar mayores volúmenes de datos y detectar errores en tiempo real.
• Investigadores que desarrollan sistemas cuánticos autónomos que no solo pueden autorrepararse sino también autoprobarse.
• Mayor financiación para la investigación cuántica y el desarrollo de microchips para crear computadoras que puedan procesar miles de millones de información pero que requieran menos energía.
• Computadoras cuánticas que pueden soportar de manera confiable procesos más complejos, incluidas redes de tráfico y fábricas totalmente automatizadas.
• La aplicación industrial completa de la computación cuántica en todos los sectores. Este escenario sólo será posible una vez que las empresas tengan suficiente confianza en la precisión de los resultados de la computación cuántica para guiar la toma de decisiones o operar sistemas de alto valor.

Preguntas a considerar

• ¿Cuáles son los otros beneficios potenciales de las computadoras cuánticas estables?
• ¿Cómo podrían afectar estas tecnologías a su trabajo en el futuro?