Casi se puede escuchar la inhalación de las salas de redacción de todo el mundo. Los periodistas científicos especializados se han escondido en el baño para llorar en silencio. ¿La causa de tanta desesperación? Alguien ha publicado un documento que contiene la palabra «topología», algo que nadie sabe cómo explicar, lo que obliga a la gente a recurrir a metáforas sobre las donas obligadas a convertirse en tazas de café, a pesar de que no hay ni café ni donas en oferta.
Y aunque la topología es fundamental para los nuevos resultados, también es tangencial para explicarlos (en mi opinión, de todos modos). Entonces, ¿cuáles son esos resultados?
Uno de los grandes problemas de las computadoras cuánticas es que acumulan errores, y la velocidad a la que eso sucede limita la complejidad de los problemas que pueden resolver. Este nuevo artículo muestra cómo reducir los errores, no mediante la ingeniería, sino mediante la comprensión (y el uso) de los estados cuánticos correctos y su acoplamiento para generar un sistema que sea naturalmente más inmune a ciertos tipos de ruido. Así que tómate un café y una dona y sumérgete en el ruidoso mundo de los qubits.
Los qubits adolescentes nunca reducen el ruido
Los investigadores trabajaron con una computadora cuántica basada en 10 iones atrapados. Cada ion es un solo qubit (el equivalente cuántico de un solo bit), con los valores uno y cero definidos por el estado cuántico del ion. El estado cuántico de cada ion se puede cambiar aplicando campos magnéticos y láseres brillantes sobre ellos.
A diferencia de un sistema digital, donde un bit puede pasar de uno a cero con certeza, una computadora cuántica opera en un mundo analógico. El equivalente a un bit flip en el mundo de la computación cuántica significa invertir la probabilidad de que un bit se mida como uno o cero. Por ejemplo, si la probabilidad de que un qubit sea uno fuera del 75 por ciento, un cambio de bit cambiaría eso al 25 por ciento.
Además, a diferencia de un sistema digital, este proceso es algo propenso a errores. Para realizar una operación de cambio de bits en un qubit, se debe aplicar una cierta cantidad de energía al qubit. Esto puede hacerse con un láser que brille durante un tiempo específico con una potencia específica. Pero los láseres no son perfectos, por lo que ninguna operación sale exactamente como se planeó. El qubit invertido es, como Westley, solo principalmente invertido Después de varios cambios de bits imperfectos, el estado del qubit será completamente aleatorio e inutilizable.
Una forma de error más insidiosa se denomina «error coherente», en el que los cambios en el estado de un qubit influyen en los qubits a los que está acoplado el primero. Pero necesita ese acoplamiento para realizar cálculos, lo que presenta un dilema.
Como hemos discutido, un qubit tiene un estado. Pero en un mundo cuántico, ese estado cambia con el tiempo. Este cambio debe seguir un patrón predecible para que las operaciones computacionales puedan programarse en el momento adecuado. Cuanto más tiempo cambie el estado de forma predecible, más coherente será el sistema. En los errores coherentes, los qubits vecinos ejercen una atracción entre sí, por lo que aún cambian de una manera no aleatoria (y, por lo tanto, siguen siendo coherentes), pero esa atracción hace que el cambio ocurra a un ritmo diferente. Esto significa que las operaciones computacionales se cronometrarán incorrectamente. Puede pensar en esto como un error sistemático, pero es diferente para cada cálculo.
Este nuevo artículo realiza un esquema que usa la secuencia de Fibonacci en combinación con el acoplamiento coherente entre qubits para retardar la acumulación de errores coherentes.