La solución a uno de los principales problemas que frenan el desarrollo de los ordenadores cuánticos ha sido demostrada por investigadores de Google y la Universidad de Califo ia en Santa Bárbara (UCSB, EEUU). Aún hay que resolver muchos más problemas, pero los expertos en el campo afirman que es un paso importante hacia un ordenador cuántico completamente funcional. Una máquina de este tipo podría realizar cálculos que un ordenador convencional tardaría millones de años en completar.
Los investigadores de Google y la UCSB demostraron que podían programar grupos de qubits (dispositivos que representan la información usando la frágil física cuántica) para que detectaran ciertos tipos de error, y para evitar que esos errores arruinasen un cálculo. El nuevo avance proviene de investigadores dirigidos por el profesor de la UCSB, John Martinis, que se unió a Google el año pasado para establecer un laboratorio de investigación de computación cuántica (ver Google quiere construir su propio ordenador cuántico). Martinis ocupa actualmente una posición conjunta entre la UCSB y Google, dirigiendo trabajos sobre chips de aluminio superconductores que funcionan a una fracción de grado por encima del cero absoluto. La mayoría del trabajo en el que se basan los nuevos resultados, informó ayer miércoles en la revista Nature, se llevó a cabo antes de que Martinis se uniera a Google.
Google lleva explorando la computación cuántica desde 2009, cuando comenzó a colaborar con D-Wave Systems, una start-up que vende lo que denomina como "el primer ordenador cuántico comercial" (ver La CIA y Jeff Bezos apuestan por la computación cuántica). Microsoft también tiene un programa importante de investigación de computación cuántica (ver El viaje lento y rápido de la computación cuántica).
Para crear un ordenador cuántico hay que cablear y unir muchos qubits para que trabajen juntos en la información. Sin embargo, los dispositivos son propensos a cometer errores ya que representan bits de datos (0 y 1) usando los delicados efectos de la mecánica cuántica, que sólo son detectables a temperaturas súper frías y a escalas diminutas. Esto permite a los qubits lograr "estados de superposición" que son efectivamente tanto un 1 como un 0 al mismo tiempo, permitiendo a los ordenadores cuánticos tomar atajos en cálculos complejos. También los hace vulnerables al calor y otras perturbaciones que distorsionan o destruyen los estados cuánticos utilizados para codificar la información y hacer los cálculos.
Gran parte de la investigación sobre computación cuántica se centra en intentar hacer que los sistemas de qubits detecten y corrijan errores. El grupo de Martinis ha hecho una demostración de una pieza de uno de los esquemas más prometedores para lograrlo, un enfoque conocido como códigos de superficie. Los investigadores programaron un chip con nueve qubits para que se supervisaran unos a otros frente a errores conocidos como "bit flips" ("volteos de bits"), que se producen cuando el ruido ambiental hace que un 1 se voltee y pase a ser un 0, o viceversa. Los qubits no pudieron corregir estos volteos de bits, pero lograron tomar medidas para garantizar que no contaminasen los pasos posteriores de una operación.
"Hay que llevar a cabo más trabajos antes de poder decir que contamos con todos los elementos necesarios para crear computación cuántica tolerante a fallos, pero sí creo que este trabajo demuestra que estamos cerca", señala un encargado de trabajar en la corrección de errores cuánticos en el Instituto Perimeter de Waterloo (Ontario, Canadá), Daniel Gottesman.
Los elementos que siguen haciendo falta no son triviales. Los volteos de bits a los que se enfrentaron Martinis y sus colegas también pueden gestionarse mediante algoritmos clásicos en un ordenador convencional. Un tipo de error más complicado, mediante el que una propiedad cuántica de un qubit, conocida como "fase", se ve alterada por el ruido ambiental, sólo puede solucionarse usando algoritmos más complejos que saquen provecho de los efectos cuánticos. El ingeniero en electrónica cuántica de Google Austin Fowler señala que el grupo está trabajando en eso, y en demostrar la comprobación de errores en más de nueve qubits.
Aún así, los recientes resultados de Martinis y otros hacen que Gottesman sea optimista y crea que es posible llegar a contar con un conjunto completo de técnicas de corrección de errores. "Creo que hay buenas probabilidades de que alguien haga una demostración, posiblemente el grupo de Martinis, en los próximos años", asegura.