Los científicos de la firma hicieron posible que un sistema lograra por primera vez detectar y medir dos tipos de errores cuánticos, bit-flip y phaseflip, que tendrán lugar en cualquier computadora cuántica real.
Este avance significa dar un paso necesario para corregir los errores cuánticos, lo cual es un requisito fundamental para construir un equipo cuántico de uso práctico, fiable y de gran escala. Vale la pena recordar que este tipo de computación se refiere al uso de qubits o quantums – un sistema con dos estados propios el cual puede ser manipulado – en lugar de bits y de esta forma crear nuevos algoritmos.
Es importante mencionar que la pieza más básica de información que una computadora puede entender es un bit, éste puede tener únicamente uno de dos valores: el “1” o el “0”. Sin embargo, los bits cuánticos (qubit) pueden tener uno de los dos valores –“1” o “0”- pero también pueden tener los dos valores a la vez, lo cual se describe como superposición y se denomina como “0+1”. La señal de esta superposición es importante porque ambos estados de “0” y “1” tienen una relación de fase. Esta propiedad de superposición es lo que permite que las máquinas cuánticas elijan una solución correcta entre millones de posibilidades con mucha más rapidez que las computadoras convencionales.
En este estado de superposición se pueden producir dos errores. Uno de ellos se denomina error bit-flip, que simplemente cambia e1 0 al sitio del 1 o viceversa. Es similar a los errores clásicos de bit-flip y trabajos previos han mostrado cómo detectar este tipo de errores en qubits. Sin embargo, en la corrección cuántica esto no es suficiente, ya que también se pueden producir errores de cambio de fase o phase-flip, que modifican la relación entre 0 y 1 en una superposición. Ambos tipos de error deben poder ser detectados para que una computadora cuántica funcione adecuadamente.
La empresa detalló lo descubierto en la revista Nature Communicatios en el número del 29 de abril, en donde indican que este sistema está basado en un entramado de cuatro qubits superconductores sobre un chip de aproximadamente un cuarto de pulgada cuadrada, permite detectar los dos tipos de error al mismo tiempo.
De este modo, cuando se opta por un diseño con forma cuadrada en vez de un segmento lineal –el cual impide la posibilidad de detectar las dos clases de error de forma simultánea-, el diseño de IBM aumenta la dimensión y añade más qubits que lleven a un sistema cuántico con uso práctico. Por ejemplo, en física y química, una computadora cuántica podría permitir que los científicos diseñaran nuevos materiales o componentes de medicinas sin tener que hacer costosos experimentos y pruebas de laboratorio.
Uno de los grandes retos de los científicos que reconocen el potencial de la computación cuántica es evitar la falta de coherencia (decoherencia) cuántica –la generación de errores durante los cálculos causados por las interferencias de factores como el calor, la radiación electromagnética y otros defectos de los materiales-. Estos errores son especialmente graves en las máquinas cuánticas pues la información usada es muy frágil.
La tecnología existente de qubit pierde información cuando entra en contacto con la materia y la radiación electromagnética. Los teóricos han descubierto diferentes maneras de preservar la información más tiempo distribuyéndola sobre muchos qubits físicos. El nombre técnico con el que se denomina el esquema de corrección de errores que disemina la información cuántica en muchos qubits es “Código de superficie” (Surface code). Este permite codificar un qubit lógico únicamente en interacciones cercanas, lo suficientemente estable para realizar operaciones sin errores
El equipo de IBM Research ha utilizado diferentes técnicas para medir los estados de dos síntomas independientes (medida) de qubits. Cada uno revelaba un aspecto de la información cuántica almacenada en otros dos qubits (denominado código o datos de qubit). Uno de los síntomas reveló cuándo ocurría un error bit-flip en cualquiera de los códigos, mientras que el otro síntoma
reveló si se producía el error de cambio de fase. Determinar la información cuántica conjunta en un código es un paso esencial para la corrección de errores cuánticos porque medir directamente los códigos destruye la información que estos contienen.
Puesto que estos qubits pueden ser diseñados y fabricados con el uso de técnicas estandarizadas de fabricación del silicio, IBM anticipa que, una vez que se puedan producir de forma fiable y repetida unos pocos qubits y controlados con una tasa baja de errores, no habrá grandes obstáculos para demostrar la corrección de errores en mayores entramados de qubits.
(INFOGRAFIA COMPUTACION CUÁNTICA)
