Los ordenadores cuánticos tienen el potencial de revolucionar campos como el descubrimiento de fármacos y la modelización climática. Sin embargo, su desarrollo enfrenta desafíos significativos, principalmente debido a la fragilidad de sus sistemas, que son vulnerables a errores causados por perturbaciones mínimas. Recientemente, investigadores de la Universidad de Osaka han logrado un avance notable al crear un nuevo método para preparar estados cuánticos ultrapuros, lo que es esencial para la computación sin errores. Esta técnica no solo reduce los recursos necesarios, sino que acerca la posibilidad de construir máquinas cuánticas confiables y escalables.

Desafíos del ruido cuántico

Los sistemas cuánticos cuentan con propiedades como la superposición y el entrelazamiento que prometen un poder de cálculo extraordinario. Sin embargo, su principal obstáculo es el ruido. Según Tomohiro Itogawa, líder del estudio, estos sistemas son extremadamente sensibles al ruido. Cualquier alteración, ya sea un cambio de temperatura o un fotón perdido, puede comprometer la integridad del ordenador cuántico. Itogawa considera que el ruido es el mayor enemigo de estos sistemas. Para contrarrestar este problema, los científicos se están enfocando en arquitecturas que toleran fallos y que pueden seguir funcionando adecuadamente a pesar de ciertas perturbaciones. Sin embargo, estas configuraciones requieren estados mágicos que deben ser excepcionalmente puros, lo que encarece su creación.

Un proceso complejo pero indispensable

La técnica de destilación de estado mágico transforma estados cuánticos ruidosos en estados confiables, pero es conocida por ser muy exigente en términos de recursos. Keisuke Fujii, uno de los autores del estudio, explica que la destilación de estados mágicos tradicionalmente requiere un alto costo computacional y muchos qubits. El equipo de investigación buscó acelerar la preparación de estados de alta fidelidad necesarios para la computación cuántica, logrando así abrir el camino hacia soluciones más económicas y eficientes para el desarrollo de ordenadores cuánticos que toleran errores.

Innovación en la distilación de nivel cero

La mayoría de las técnicas de distilación operan a niveles lógicos superiores, pero el equipo de Osaka decidió trabajar directamente a nivel físico. Esto resultó en la construcción de un circuito que funciona a este nivel « cero », evitando las complejidades de los sistemas con múltiples capas. Esta nueva metodología permite utilizar menos qubits, simplificando las configuraciones y logrando un rendimiento notablemente más rápido. Las simulaciones han mostrado que esta técnica reduce de manera significativa los costos espaciales y temporales.

Un camino más corto hacia sistemas cuánticos escalables

Con esta innovadora técnica de destilación, los investigadores podrían evitar tener que desplegar vastas redes de hardware para construir ordenadores cuánticos resistentes al ruido. Itogawa y Fujii consideran que la tecnología está avanzando más rápido de lo esperado. Itogawa se muestra optimista respecto al impacto de este avance. Esta técnica representa un progreso significativo hacia el desarrollo de ordenadores cuánticos de mayor escala que puedan resistir el ruido. Su estudio, publicado en PRX Quantum, resalta la relevancia de este descubrimiento en el avance de la tecnología cuántica.

Los recientes desarrollos en la destilación de estado mágico sugieren que el camino hacia ordenadores cuánticos confiables y escalables se está acortando. Las implicaciones de estos avances son vastas, abriendo oportunidades para innovaciones en múltiples sectores. ¿Cómo seguirán moldeando estos avances el futuro de la tecnología cuántica y sus aplicaciones en el mundo real?