Creen primera màquina quàntica que detecta i corregeix els seus propis errors

Quan els científics desenvolupen el computador quàntic complet, el món de la informàtica se sotmetrà a una revolució de sofisticació, velocitat i eficiència energètica que farà que fins i tot les nostres màquines convencionals més modernes semblin antiguitats obsoletes en comparació.

Però, abans que això passi, els físics quàntics com hauran de crear circuits que s’aprofitin de la destresa informàtica promesa pel bit quàntic (“qubit”), alhora que compensen el seu alt nivell de vulnerabilitat a l’error induït pel medi ambient.

En el que ells anomenen una fita important, els investigadors del Laboratori de Martinis han desenvolupat circuits quàntics que fan autocontrols dels errors i els suprimeixen, preserven l’estat (s) dels qubits i integren el sistema amb la cobejada fiabilitat que és fonamental per la construcció d’ordinadors quàntics de gran escala.

Mantenir qubits lliures d’errors, o prou estables com per reproduir el mateix resultat de nou, és un dels principals obstacles científics en l’avantguarda de la computació quàntica.

“Un dels majors reptes en la computació quàntica és que els qubits són inherentment defectuosos”, va dir Julian Kelly, investigador i coautor principal de la feina d’investigació que es va publicar a la revista Nature. “Així que si vostè emmagatzema certa informació en ells, ells l’oblidaran.”

A diferència de la computació clàssica, en la qual hi ha els bits informàtics en estats binaris (“sí / no”, o “veritable / fals”), els qubits poden existir en qualsevol i totes les posicions al mateix temps, en diverses dimensions. És aquesta propietat, anomenada “superposició”, dóna als computadors quàntics seu poder computacional, però també és aquesta característica la que fa als qubits propensos a l’error, especialment en entorns inestables, i per tant és difícil de treballar amb ells.

“És difícil processar la informació si desapareix”, va dir Kelly.

El procés de correcció d’errors implica la creació d’un esquema en què diversos qubits treballen junts per preservar la informació, va dir Kelly. Per a això, la informació s’emmagatzema a través de diversos qubits.

“I la idea és que construïm aquest sistema de nou qubits, que poden buscar els errors”, va dir. Els qubits de la xarxa són responsables de salvaguardar la informació continguda en els seus veïns, va explicar, en un sistema de detecció i correcció d’errors repetitius que poden protegir la informació adequada i emmagatzemar-la per més temps que qualsevol qubit individual.

“Aquesta és la primera vegada que un dispositiu quàntic s’ha construït que és capaç de corregir els seus propis errors”, va dir Fowler. Per al tipus de càlculs complexos que els investigadors preveuen per a un computador quàntic real, caldria cent milions de qubits, però abans d’això és necessari un acte-revisió i una prevenció d’errors del sistema robusta.

La clau d’aquest sistema de detecció i correcció d’errors quàntica és un esquema desenvolupat per Fowler, anomenat el codi de superfície. S’utilitza la informació de paritat – el mesurament del canvi de les dades originals (si existeix) – a diferència de la duplicació de la informació original que és part del procés de detecció d’errors en la computació clàssica. D’aquesta manera, la informació original real que es conserva en els qubits segueix sent observada igual.

Per què? A causa de la física quàntica. “No es pot mesurar un estat quàntic, i esperar que encara sigui quàntic”, va explicar Barends. L’acte mateix de mesurament bloqueja la qubit en un sol estat i llavors perd el seu poder de superposició, va dir. Per tant, en una mena de trencaclosques Sudoku, els valors de paritat de qubits de dades en una matriu qubit es prenen per qubits de mesurament adjacents, que avaluen essencialment la informació dels qubits voltant d’ells.
“Així que vostè treu només informació suficient per detectar els errors, però no prou per fer una ullada sota el capó i destruir el les propietats quàntiques”, va dir Kelly.

Aquest desenvolupament representa una reunió dels millors de la física i la teòrica en computació quàntica – l’últim en estabilització qubit i avenços en els algoritmes de la computació quàntica.

“És una fita important”, va dir Barends. “Perquè significa que les idees de persones han tingut durant dècades són realment factibles en un sistema real.

Deixa un comentari

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

Esteu comentant fent servir el compte WordPress.com. Log Out /  Canvia )

Google photo

Esteu comentant fent servir el compte Google. Log Out /  Canvia )

Twitter picture

Esteu comentant fent servir el compte Twitter. Log Out /  Canvia )

Facebook photo

Esteu comentant fent servir el compte Facebook. Log Out /  Canvia )

S'està connectant a %s