Hoy Microsoft y Quantinuum anunciaron un gran avance en la corrección de errores cuánticos. Utilizando el hardware de trampas de iones de Quantinuum y el nuevo sistema de virtualización de qubits de Microsoft, el equipo pudo realizar más de 14,000 experimentos sin un solo error. Este nuevo sistema también permitió al equipo verificar los qubits lógicos y corregir cualquier error que encontrara sin destruir los qubits lógicos.

Esto, según las dos compañías, ha llevado el estado del arte de la computación cuántica fuera de lo que típicamente se ha denominado la era de las computadoras cuánticas de escala intermedia ruidosas (NISQ). 'Ruidosas' porque incluso los cambios más pequeños en el entorno pueden hacer que un sistema cuántico se vuelva esencialmente aleatorio (o 'decoherente'), y 'escala intermedia' porque la generación actual de computadoras cuánticas aún está limitada a poco más de mil qubits como máximo. Un qubit es la unidad fundamental de computación en sistemas cuánticos, análogo a un bit en una computadora clásica, pero cada qubit puede estar en múltiples estados al mismo tiempo y no cae en una posición específica hasta que se mide, lo que subyace al potencial de la computación cuántica para ofrecer un gran salto en el poder de cómputo.

No importa cuántos qubits tengas, sin embargo, si apenas tienes tiempo para ejecutar un algoritmo básico antes de que el sistema se vuelva demasiado ruidoso para obtener un resultado útil, o cualquier resultado en absoluto.

Combinando varias técnicas diferentes, el equipo pudo realizar miles de experimentos prácticamente sin errores. Eso implicó bastante preparación y preselección de sistemas que ya parecían estar en buena forma para una ejecución exitosa, pero aún así, eso es una mejora masiva desde donde estaba la industria hace poco tiempo.

Es un paso en la dirección correcta para la computación cuántica. Aún hay muchos problemas por resolver (y estos resultados también deben replicarse, por supuesto), pero teóricamente, una computadora con 100 de estos qubits lógicos ya podría ser útil para resolver algunos problemas, mientras que una máquina con 1,000 qubits podría, según Microsoft, 'desbloquear una ventaja comercial'.

El equipo utilizó el procesador de iones atrapados H2 de Quantinuum y pudo combinar 30 qubits físicos en cuatro qubits lógicos altamente confiables. Codificar múltiples qubits físicos en un solo qubit lógico ayuda a proteger el sistema contra errores. Los qubits físicos se entrelazan entre sí para que sea posible detectar un error en un qubit físico y corregirlo.

Es esta corrección de errores la que ha desconcertado a la industria durante mucho tiempo: cuanto menor sea el ruido y mayor sea la calidad de los qubits físicos, mejor, por supuesto, pero sin una corrección de errores sofisticada, no hay salida de la era NISQ porque estos sistemas acabarán decohereciendo más pronto que tarde.

'Simplemente aumentar el número de qubits físicos con una tasa de error alta, sin mejorar esa tasa de error, es fútil porque hacerlo resultaría en una gran computadora cuántica que no es más poderosa que antes', escribieron Dennis Tom, el gerente general de Azure Quantum, y Krysta Svore, la vicepresidenta de Desarrollo Cuántico Avanzado en Microsoft, en el anuncio de hoy. 'En contraste, cuando se utilizan qubits físicos con la suficiente calidad de operación junto con un sistema especializado de orquestación y diagnóstico para permitir qubits virtuales, solo entonces aumentar el número de qubits físicos resulta en computadoras cuánticas potentes y tolerantes a fallos capaces de realizar cálculos más largos y complejos'.

Hace solo un par de años, los qubits lógicos comenzaron a superar a los qubits físicos. Ahora, Microsoft y Quantinuum argumentan que su nuevo sistema hardware/software demuestra la mayor brecha entre las tasas de error físico y lógico, mejorando el uso solo de qubits físicos hasta en un 800 veces.

Los investigadores señalan que para avanzar más allá de NISQ, es necesaria una gran separación entre las tasas de error lógico y físico qubit, así como la capacidad de corregir errores de circuito individuales y de generar entrelazamiento entre al menos dos qubits lógicos. Si estos resultados se mantienen, entonces el equipo logró los tres y de hecho hemos entrado en la era de la computación cuántica resiliente.

Resulta que el resultado más importante aquí puede ser la capacidad del equipo para realizar 'extracción activa de síndromes', es decir, la capacidad de diagnosticar un error y corregirlo, sin destruir el qubit lógico en el proceso.

'Este logro marca el primer paso para poder corregir errores sin destruir los qubits lógicos y muestra un hito fundamental en la corrección de errores cuánticos,' explican Tom y Svore. 'Demostramos este componente crítico de la computación cuántica fiable con nuestro sistema de virtualización de qubits, lo que resultó en una baja tasa de error lógico sobre múltiples rondas de extracción de síndromes.'

Ahora dependerá del resto de la comunidad cuántica replicar estos resultados e implementar sistemas de corrección de errores similares. Sin embargo, eso probablemente sea solo cuestión de tiempo.

'Los resultados de hoy marcan un logro histórico y son un maravilloso reflejo de cómo esta colaboración continúa empujando los límites para el ecosistema cuántico,' dijo Ilyas Khan, fundador y director de producto de Quantinuum. 'Con la corrección de errores de vanguardia de Microsoft alineada con la computadora cuántica más poderosa del mundo y un enfoque totalmente integrado, estamos muy emocionados por la próxima evolución en aplicaciones cuánticas y no podemos esperar a ver cómo se beneficiarán nuestros clientes y socios de nuestras soluciones especialmente a medida que avanzamos hacia procesadores cuánticos a escala.'

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