Investigadores de ETH Zurich han logrado, por primera vez, corregir errores de forma rápida y continua en sistemas cuánticos digitales.
Han superado un obstáculo importante en el camino hacia la computación cuántica práctica, algo que los métodos anteriores de corrección de errores no habían conseguido.
Universidades y empresas de todo el mundo trabajan en la computación cuántica.
Los ordenadores cuánticos se consideran un faro de esperanza para el procesamiento de la información del futuro. Sin embargo, no está claro si alguna vez podrán sustituir a los ordenadores convencionales, porque tienen un problema: son extremadamente propensos a los errores y corregirlos es muy exigente.
Investigadores de ETH Zurich han logrado superar un obstáculo importante: por primera vez, han podido corregir errores automáticamente en sistemas cuánticos hasta tal punto que los resultados de las operaciones cuánticas pueden utilizarse en la práctica. «La demostración de que los errores de un ordenador cuántico que trabaja con bits cuánticos (qubits) pueden corregirse de forma rápida y reiterada supone un avance decisivo en el camino hacia la construcción de un ordenador cuántico práctico», afirma Andreas Wallraff, profesor del Departamento de Física y director del Quantum Center de ETH Zurich. Los científicos acaban de publicar un artículo sobre este tema como prepublicación en ArXiv.org y lo han enviado a una revista para su publicación.
Disposición sofisticada de qubits
Los métodos anteriores de corrección de errores no habían podido detectar y corregir simultáneamente los dos tipos fundamentales de errores que se producen en los sistemas cuánticos. El equipo de Wallraff ha presentado ahora el primer sistema capaz de detectar y corregir reiteradamente ambos tipos de errores. Los investigadores lograron este importante avance utilizando un chip fabricado especialmente en el laboratorio de sala limpia de ETH Zurich, que cuenta con un total de 17 qubits superconductores. El equipo de investigación llevó a cabo la corrección de errores mediante el llamado código de superficie, un método en el que la información cuántica de un qubit se distribuye entre varios qubits físicos.
Nueve de los 17 qubits del chip están dispuestos en una retícula cuadrada de tres por tres y juntos forman lo que se conoce como un qubit lógico: la unidad de cálculo de un ordenador cuántico. Los otros ocho qubits del chip están desplazados respecto a ellos; su función es detectar errores en el sistema.
Si una perturbación en el qubit lógico distorsiona la información, el sistema la reconoce como un error. A continuación, la electrónica de control corrige la señal de medición correspondiente. «Ahora mismo no estamos corrigiendo los errores directamente en los qubits», reconoce Sebastian Krinner, científico del grupo de Wallraff y autor principal del estudio junto con Nathan Lacroix. «Pero para la mayoría de las operaciones aritméticas ni siquiera es necesario».
La electrónica altamente especializada utilizada para controlar los qubits del chip fue fabricada por Zurich Instruments, una empresa derivada de ETH. El chip está situado en el nivel más bajo de un gran criostato —un dispositivo especial de refrigeración— y funciona a una temperatura de apenas 0,01 Kelvin, apenas por encima del cero absoluto.
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Un campo de investigación muy competitivo
La corrección de errores es actualmente un campo muy disputado en la investigación cuántica. Además de universidades técnicas como ETH Zurich o TU Delft, entre los competidores figuran grandes empresas como Google e IBM. «Junto con nuestros colegas de Alemania y Canadá, fuimos el primer grupo en llevar a cabo una corrección práctica de errores con qubits. Es un logro que nos llena de orgullo», afirma Wallraff. «Confirma que en ETH Zurich estamos realmente en la primera división de la investigación cuántica».
Como siguiente paso, los investigadores de ETH quieren construir un chip con una retícula de qubits de cinco por cinco, lo que requiere una tecnología correspondientemente más compleja y también incluirá más qubits para la corrección de errores.
