Físicos de Oxford han establecido un nuevo récord de precisión en el control de un solo bit cuántico, logrando una tasa de un error por cada 6,7 millones de operaciones de lógica cuántica.
Este resultado récord representa una mejora de casi un orden de magnitud con respecto al punto de referencia anterior, establecido por el mismo grupo de investigación hace una década.
Para poner el resultado en perspectiva: una persona tiene más probabilidades de ser alcanzada por un rayo en un año determinado (1 entre 1,2 millones) que de que una de las puertas de lógica cuántica de Oxford cometa un error.
Los hallazgos, que se publicarán en Physical Review Letters, representan un gran avance hacia el desarrollo de computadoras cuánticas robustas y útiles, según los autores.
“Hasta donde sabemos, esta es la operación de cúbit más precisa jamás registrada en el mundo”, declaró en un comunicado el profesor David Lucas, coautor del artículo, del Departamento de Física de la Universidad de Oxford. “Es un paso importante hacia la construcción de computadoras cuánticas prácticas que puedan abordar problemas del mundo real”.
MENOS ERRORES, MENOS CÚBITS
Para realizar cálculos útiles en una computadora cuántica, se requieren millones de operaciones en muchos cúbits. Esto significa que, si la tasa de error es demasiado alta, el resultado final del cálculo carecerá de sentido. Si bien la corrección de errores puede utilizarse para corregir errores, esto implica la necesidad de muchos más cúbits. Al reducir el error, el nuevo método reduce la cantidad de cúbits necesarios y, en consecuencia, el coste y el tamaño de la propia computadora cuántica.
La coautora principal, Molly Smith, estudiante de posgrado, afirmó: “l reducir drásticamente la probabilidad de error, este trabajo reduce significativamente la infraestructura necesaria para la corrección de errores, lo que abre el camino para que las futuras computadoras cuánticas sean más pequeñas, rápidas y eficientes. El control preciso de los cúbits también será útil para otras tecnologías cuánticas, como relojes y sensores cuánticos".
Este nivel de precisión sin precedentes se logró utilizando un ión de calcio atrapado como cúbit (bit cuántico). Estos son una opción natural para almacenar información cuántica debido a su larga vida útil y robustez. A diferencia del enfoque convencional, que utiliza láseres, el equipo de Oxford controló el estado cuántico de los iones de calcio mediante señales electrónicas (microondas).
Este método ofrece mayor estabilidad que el control por láser y también presenta otras ventajas para la construcción de una computadora cuántica práctica. Por ejemplo, el control electrónico es mucho más económico y robusto que el láser, y más fácil de integrar en chips de captura de iones. Además, el experimento se realizó a temperatura ambiente y sin blindaje magnético, lo que simplificó los requisitos técnicos para una computadora cuántica funcional.
UN DESAFÍO MAYOR
La mejor tasa de error de un solo cúbit, también alcanzada por el equipo de Oxford en 2014, fue de 1 en 1 millón. La experiencia del grupo condujo al lanzamiento de la empresa derivada Oxford Ionics en 2019, que se ha consolidado como líder en plataformas de cúbits de iones atrapados de alto rendimiento.
Si bien este resultado récord marca un hito importante, el equipo de investigación advierte que forma parte de un desafío mayor. La computación cuántica requiere puertas de uno y dos cúbits para funcionar conjuntamente. Actualmente, las puertas de dos cúbits aún presentan tasas de error significativamente más altas (alrededor de 1 en 2.000 en las mejores demostraciones realizadas hasta la fecha), por lo que reducirlas será crucial para construir máquinas cuánticas totalmente tolerantes a fallos.