A medida que las computadoras cuánticas se vuelven más potentes, es necesario garantizar un mayor aislamiento para evitar el ruido y contar con mecanismos de corrección de errores.
IBM ha logrado progresar en esta dirección y ha demostrado que una de sus máquinas puede contribuir al cálculo de problemas científicos prácticos.
En un experimento llevado a cabo por investigadores del Centro Thomas J. Watson de IBM, se demostró que su computadora cuántica de 127 qubits es capaz de simular estados físicos extremadamente complejos con alta fidelidad. Este avance ha sido posible gracias a una técnica que reduce el ruido y los errores.
Hasta ahora, si bien se ha demostrado que los procesadores cuánticos pueden superar a los clásicos en la resolución de tareas (supremacía cuántica), estos logros se habían alcanzado con problemas artificiales diseñados específicamente, sin una aplicación práctica evidente.
Por lo tanto, existe un debate en la comunidad científica sobre si las computadoras cuánticas actuales y futuras, a pesar del ruido y los errores, pueden ser lo suficientemente buenas para realizar cálculos útiles en investigaciones y otros campos.
El equipo compuesto por Andrew Eddins, Youngseok Kim y Abhinav Kadala demostró en su estudio que su chip cuántico puede generar, manipular y medir con fiabilidad estados cuánticos tan complejos que no pueden ser estimados con precisión mediante aproximaciones clásicas.
Esto sugiere que las computadoras cuánticas podrían ayudar en la resolución de problemas específicos, como el estudio de modelos físicos, que resultan inabordables para las computadoras clásicas, incluso sin corrección de errores.
Las computadoras cuánticas, al igual que las clásicas y las supercomputadoras, están diseñadas para realizar operaciones, pero lo hacen de manera muy diferente. Funcionan a nivel atómico, siguiendo las reglas de la física cuántica, que se encarga de estudiar el mundo a escalas muy pequeñas.
En la computación cuántica, se utilizan qubits (la unidad básica de información cuántica) en lugar de bits, como en las computadoras tradicionales. Un bit es la unidad mínima de información que se emplea en la informática y se representa con los valores 0 y 1. Sin embargo, en la computación cuántica, un qubit puede contener ciertas combinaciones de estos valores, lo que permite un procesamiento más rápido.
Los sistemas cuánticos son muy sensibles al ruido, como los cambios de temperatura o de luz, lo que puede perturbar los cálculos y generar resultados inexactos. Este problema se agrava a medida que aumenta el tamaño de la instalación cuántica. A diferencia de las computadoras clásicas, las computadoras cuánticas todavía enfrentan desafíos en cuanto a la corrección de errores.
Aunque la corrección de errores es una solución teórica conocida, implica un gran aumento en el número de qubits y operaciones, por lo que solo sería viable en una computadora cuántica con probabilidades de error mucho más bajas que las actuales.
Según Carlos Sabín, del departamento de Física Teórica de la Universidad Autónoma de Madrid, que no participa en el estudio, alcanzar una computadora cuántica con un gran número de qubits y probabilidades de error extremadamente bajas sigue estando fuera del alcance de las capacidades tecnológicas actuales.
El equipo de IBM se planteó la pregunta de si las computadoras cuánticas actuales, con un número reducido de qubits y probabilidades de error relativamente altas, pueden utilizarse de manera útil. Para superar este desafío, el equipo optó por la ‘mitigación de errores’ en lugar de la corrección de errores, una técnica propuesta hace unos cinco años como alternativa. Esta técnica implica corregir los errores posteriormente, utilizando una computadora clásica una vez que los errores y sus fuentes sean conocidos.
En los resultados ‘mitigados’ obtenidos por IBM, se utilizó una máquina de 127 qubits, una de las mayores hasta la fecha, y se ejecutaron circuitos cuánticos con 2880 puertas lógicas entre pares de qubits. Con esto, se pudo simular el modelo de Ising, que fue introducido originalmente para explicar propiedades relacionadas con el magnetismo y que ha encontrado muchas aplicaciones en la física.
Según Sabín, aunque los resultados aún se encuentran en una fase experimental, son significativos. Mientras que Google ha defendido el concepto de ventaja o supremacía cuántica (lo cual generó controversia cuando afirmó haberlo logrado en 2019, y IBM lo cuestionó), ahora IBM busca resaltar la utilidad práctica de la computación cuántica.
