Ciencia

Nuevo paso hacia el ordenador cuántico: logran que el gato de Schrödinger sobreviva más tiempo

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Patricia BioscaABC

Investigadores han hallado la forma de que el sistema corrija sus errores por sí mismo

Los ordenadores cuánticos son una de las mayores promesas tecnológicas del futuro: en el mundo del Big Data, su enorme potencia permitirá procesar el enorme flujo de información con una eficacia y rapidez nunca vistas. Pero antes hay que solucionar varios problemas: el principal, la inestabilidad de sus componentes, que al mínimo fallo pueden producir errores que se propaguen por todo el sistema, invalidando todas las operaciones. Es por ello que los físicos llevan tiempo buscando un método para corregir errores cuánticos. Ahora, un equipo de la Universidad de Massachusetts Amherst ha conseguido convertir esta debilidad en una ventaja. Los resultados acaban de publicarse en la revista « Nature».

La principal diferencia entre los ordenadores clásicos y

los cuánticos es su ‘lenguaje’: los primeros hablan en ‘bits‘, que se traducen en 1 ó 0; los segundos, lo hacen en ‘cúbits‘, que pueden ser a la vez 1 y 0, lo que multiplica exponencialmente la información que pueden transmitir. Sin embargo, estos cúbits son muy inestables por varias razones, y por ello las computadoras cuánticas de superconductores utilizan circuitos muy sensibles que tienen que, por ejemplo, mantener temperaturas increíblemente bajas, rondando los -272ºC, para que la disipación de energía no degrade la información cuántica. O deben estar sometidos a muy bajas presiones y, a la vez, aislados del campo magnético terrestre. Si no se mantienen estos requisitos, se produce una falta de coherencia o decoherencia cuántica y se corrompen todas las operaciones.

Hasta ahora, la implementación de un sistema eficiente de corrección de errores cuánticos (QEC por sus siglas en inglés) requería verificar periódicamente los errores y corregirlos en el momento, una tarea muy exigente en cuanto a recursos de hardware y que dificulta mucho la escalada industrial de estos equipos. Sin embargo, el nuevo experimento que proponen los investigadores es lograr que estos errores se corrijan ‘solos’ adaptando precisamente su debilidad: la fragilidad del sistema.

De la debilidad a la ventaja

El experimento logra adaptar la disipación (y que desencadena la decoherencia por la pérdida de energía) que experimenta el cúbit después de un determinado periodo de tiempo. «Una forma de disipación de la que nos ocupamos es la resistencia que sienten los electrones cuando se mueven a través de un metal en un circuito. La fricción es una forma de disipación que ocurre cuando estos electrones intentan moverse a través de los circuitos, perdiendo energía. Nuestra corrección de errores restaura esta energía», explica a ABC Jeffrey Gertler, uno de los autores del estudio.

Porque, aunque pueda parecer contradictorio, el truco reside en que la disipación debe diseñarse específicamente de manera cuántica: es decir, controlar la disipación para que el cúbit pueda seguir funcionando de forma correcta durante más tiempo, a pesar de su degradación. «Estamos acostumbrados a pensar en la disipación como fricción, pero esa no es la única forma que adopta. En lugar de quitar energía, podemos imaginar una disipación que aumenta la energía. El logro tecnológico de este trabajo es la ingeniería de un tipo de disipación muy específico que compensa la ‘fricción’ naturalmente en el sistema», continúa Gertler.

«Minigatos de Schrödinger»

Chen Wang, coautor del estudio, utiliza al famoso (o infame) gato de Schrödinger para explicar el proceso: «Cada cúbit de nuestro procesador cuántico es muy parecido a un minigato de Schrödinger, el felino metido dentro de una caja que está vivo y muerto al mismo tiempo. Desafortunadamente, es muy difícil mantener a un gato así, ya que cualquier gas, luz o materia de algún tipo que se filtre en la caja destruirá la magia», explica Chen. Esto quiere decir que el gato ya estará vivo o muerto en cuanto miremos dentro de la caja, pero no volverá a estar en el mismo estado de superposición.

«La estrategia más sencilla para proteger a un gato de Schrodinger es hacer que la caja sea lo más ajustada posible, pero eso también dificulta su uso para la computación. Lo que acabamos de demostrar es similar a pintar el interior de la caja de una manera especial y que, de alguna manera, ayude al gato a sobrevivir mejor al daño inevitable del mundo exterior».

En realidad, esta estrategia lleva teorizada décadas, pero hasta ahora ha sido imposible controlar la disipación y ponerla en uso para combatir los errores cuánticos. Y, a pesar de la demostración, a este sistema aún le queda mucho camino que recorrer hasta poder aplicarse en computadoras cuánticas escalables. «Aunque nuestro experimento es todavía una prueba bastante rudimentaria, finalmente hemos cumplido esa posibilidad teórica contraintuitiva de QEC disipativa», dice Chen. «De cara al futuro, la implicación es que puede haber más vías para proteger nuestros cúbits de errores y hacer los sistemas menos costosos. Por lo tanto, este experimento aumenta la perspectiva de construir potencialmente una computadora cuántica útil tolerante a fallo en medio o largo plazo». La computación cuántica cada vez está más cerca.

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