CAMBRIDGE, Massachusetts — Investigadores del MIT han logrado un avance significativo en la computación cuántica, acercando la posibilidad de estas increíbles máquinas pensantes a la realización. Las computadoras cuánticas prometen manejar cálculos mucho más complejos que las supercomputadoras actuales, pero aún existen muchos desafíos. Un desafío principal es abordar los errores computacionales más rápido de lo que surgen.
En resumen, las computadoras cuánticas encuentran formas mejores y más rápidas de resolver problemas. Los científicos creen que la tecnología cuántica podría resolver problemas extremadamente complejos en segundos, mientras que las supercomputadoras tradicionales que vemos hoy podrían necesitar meses o incluso años para descifrar ciertos códigos.
Lo que diferencia a estas supercomputadoras de próxima generación de tu teléfono inteligente y computadora portátil cotidianos es cómo procesan los datos. Las computadoras cuánticas aprovechan las propiedades de la física cuántica para almacenar datos y realizar sus funciones. Mientras que las computadoras tradicionales usan «bits» (ya sea un 1 o un 0) para codificar información en tus dispositivos, la tecnología cuántica utiliza «qubits».
Estos qubits pueden estar en un estado de 1, 0 o ambos a la vez, lo que permite cálculos más complejos. Sin embargo, son altamente susceptibles a errores.
Para reducir estos errores, el equipo del MIT desarrolló un nuevo tipo de «qubit superconductor» llamado fluxonium, que tiene una vida útil más larga que el tipo tradicional. El equipo diseñó una arquitectura única que involucra estos qubits fluxonium, que pueden realizar operaciones (conocidas como compuertas) con mayor precisión. Su diseño permitió compuertas de dos qubits que superaron el 99.9 por ciento de precisión y compuertas de un solo qubit con un 99.99 por ciento de precisión.
«Construir una computadora cuántica a gran escala comienza con qubits y compuertas robustas. Mostramos un sistema de dos qubits altamente prometedor y enumeramos sus muchas ventajas para la escalabilidad. Nuestro próximo paso es aumentar el número de qubits», dice el autor principal del estudio, el Dr. Leon Ding, PhD ’23, quien fue estudiante de posgrado en física en el grupo de Ingeniería de Sistemas Cuánticos (EQuS), en un comunicado de la universidad.
Para hacer una comparación, en la computación clásica, una compuerta sería una operación realizada en bits. En la computación cuántica, una compuerta sería una operación lógica en uno o dos qubits. Lograr una mayor precisión en estas operaciones es esencial, ya que los errores en los sistemas cuánticos pueden multiplicarse rápidamente, lo que lleva a fallos en el sistema.
Durante años, el enfoque principal en la investigación cuántica se centró en un tipo de qubit conocido como «transmon». Los nuevos qubits fluxonium tienen una vida útil más larga, lo que significa que pueden ejecutar algoritmos durante períodos prolongados sin perder datos. Esta vida útil más larga ha llevado al desarrollo de compuertas de alta precisión por parte del equipo del MIT.
El Dr. Ding explicó que su arquitectura novedosa conecta dos qubits fluxonium utilizando un sistema que evita el ruido de fondo no deseado, que puede introducir errores. Este sistema ha mostrado promesa en mantener las interacciones de fondo al mínimo.
«Cuanto más tiempo vive un qubit, tiende a promover una mayor fidelidad en las operaciones», dice el Dr. Ding. «Estos dos números están relacionados. Pero no ha estado claro, incluso cuando los qubits fluxonium funcionan bastante bien por sí mismos, si se pueden realizar buenas compuertas en ellos».
Siguiendo estos resultados positivos, un grupo del MIT ha fundado Atlantic Quantum, una startup con el objetivo de utilizar los qubits fluxonium para construir una computadora cuántica práctica para uso comercial.
«Estos resultados son aplicables de inmediato y podrían cambiar el estado de todo el campo», dice el Dr. Bharath Kannan, CEO de Atlantic Quantum. «Esto muestra a la comunidad que hay un camino alternativo hacia adelante. Creemos firmemente que esta arquitectura, o algo similar utilizando qubits fluxonium, muestra un gran potencial en términos de construir una computadora cuántica útil y tolerante a fallos».
Expertos en el campo, como Chunqing Deng de la institución de investigación global de Alibaba, han elogiado el trabajo del equipo del MIT como un hito crucial.
«Este trabajo pionero una nueva arquitectura para acoplar dos qubits fluxonium. Las fidelidades de compuertas logradas no solo son las mejores registradas para fluxonium, sino que también están a la par con las de los transmones, los qubits actualmente dominantes. Más importante aún, la arquitectura también ofrece un alto grado de flexibilidad en la selección de parámetros, una característica esencial para escalar a un procesador de fluxonium multiqubit», dice Deng.
«Para aquellos de nosotros que creemos que el fluxonium es un qubit fundamentalmente mejor que el transmón, este trabajo es un hito emocionante y afirmante. Galvanizará no solo el desarrollo de procesadores de fluxonium, sino también, en general, el de qubits alternativos a los transmones».
El estudio se publica en la revista Physical Review X.
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