Un ordenador cuántico logra tecnología de autocorrección, utilizando con éxito 100 qubits para cálculo sostenido

Los investigadores mostraron cómo un ordenador cuántico puede medir y reiniciar continuamente sus qubits mientras el cálculo prosigue, ayudando a domar el comportamiento caótico dentro del procesador. El experimento empleó hasta 100 qubits, demostrando una tecnología clave destinada a desarrollar ordenadores cuánticos más fiables. El equipo de investigación incluye científicos de la Universidad Rutgers, IBM y múltiples instituciones colaboradoras. Sus hallazgos se publicaron en la revista Nature Physics y revelan una transición clara entre el comportamiento cuántico caótico y el controlable.

Los desafíos únicos de los ordenadores cuánticos

Reiniciar qubits para restaurar el orden Los ordenadores cuánticos procesan la información de manera distinta a los tradicionales. Sus qubits pueden existir en una superposición de múltiples estados, lo que les confiere capacidades que los bits clásicos no pueden replicar directamente. Sin embargo, estos estados frágiles pueden degradarse por interacciones con el entorno y defectos de hardware. Durante el cálculo, los errores se acumulan continuamente, volviendo finalmente los resultados poco fiables. Por ello, los investigadores deben desarrollar sistemas capaces de detectar y corregir estos errores mientras el cálculo prosigue. Este enfoque, conocido como corrección de errores cuánticos, constituye la base de la computación cuántica tolerante a fallos.

El equipo probó un procesador IBM Quantum Heron de 156 qubits. Los investigadores seleccionaron una cadena conectada de hasta 100 qubits para el experimento. Alternaron dos procesos en competencia. Uno hace que la información entre qubits adyacentes se mezcle, propagando el desorden en el sistema; el otro mide continuamente qubits individuales y los reinicia a un estado predeterminado. El experimento implicó cerca de 5.000 operaciones de dos qubits y cerca de 5.000 ciclos de medición y reinicio, lo que permitió a los investigadores estudiar cómo la intervención repetida contrarresta el proceso caótico.

Un cambio marcado en el caos Los investigadores ajustaron la frecuencia de cada proceso para determinar qué comportamiento predominaba. Cuando el proceso caótico ocurría con mayor frecuencia, el sistema permanecía en estado caótico. En cambio, cuando los procesos de medición y reinicio eran frecuentes, el sistema avanzaba hacia un estado ordenado y controlable. El cambio más notable se producía cerca de un equilibrio 50-50 entre ambos procesos. Pequeños ajustes en la frecuencia relativa podían desencadenar cambios drásticos en todo el sistema. Los físicos denominan a este fenómeno transición de fase, que describe un cambio colectivo en el comportamiento del sistema, similar al proceso de congelación del agua.

El impacto de la intervención aleatoria

El profesor asociado de física de la Universidad Estatal de Luisiana y coautor del estudio, Justin Wilson, explica que la intervención aleatoria puede suprimir un comportamiento que de otro modo sería impredecible. Los investigadores también descubrieron que esta transición persiste en sistemas cuánticos, aunque su viabilidad sigue siendo incierta. Los resultados coinciden con las predicciones teóricas. Al examinar sistemas más grandes, la transición se define con mayor claridad, lo que indica que el efecto trasciende los pequeños circuitos experimentales. Hacia la computación tolerante a fallos La retroalimentación en tiempo real ayudará a los futuros procesadores cuánticos a gestionar errores durante cálculos prolongados.

Las máquinas tolerantes a fallos deben repetir estas operaciones muchas veces sin destruir la información que procesan. La investigadora de IBM Maika Takita señala que el experimento coordinó operaciones cuánticas, mediciones y reinicios miles de veces en un sistema grande. Ella describe esta capacidad como un paso importante hacia la corrección de errores práctica. El equipo también probó sistemas más grandes que no pueden simularse con ordenadores clásicos. Esta comparación refuerza la confianza en la interpretación teórica. Investigadores del City College de Nueva York, la Universidad Estatal de Iowa, la Universidad Estatal de Pensilvania y otras instituciones también contribuyeron a este trabajo.

Esta demostración no establece un ordenador cuántico completamente tolerante a fallos, pero muestra que el hardware actual puede intervenir repetidamente en el sistema cuántico mientras las operaciones continúan, impulsando la computación cuántica escalable hacia un objetivo central de ingeniería.

Un paso importante hacia la computación cuántica tolerante a fallos

El desarrollo de los ordenadores cuánticos enfrenta desafíos únicos en el procesamiento de información, especialmente la fragilidad de los qubits. Esta investigación muestra cómo gestionar errores mediante mediciones y reinicios continuos, sentando las bases para la corrección de errores cuánticos. Con los hallazgos del experimento sobre el ajuste de la frecuencia de los procesos, los investigadores pueden controlar el comportamiento del sistema, lo cual es crucial para la futura tolerancia a fallos de la computación cuántica. Aunque esta demostración aún no logra la tolerancia a fallos completa, ya evidencia la escalabilidad de la computación cuántica, ofreciendo nueva esperanza para el futuro desarrollo de la tecnología cuántica.