Ordenadores cuánticos autorreparables: sen erros e tolerantes a fallos

• autor:
• nome do autor

  Previsión de Quantumrun
• Febreiro 14, 2023

Resumo de insight

A computación cuántica representa un cambio de paradigma no procesamento informático. Estes sistemas teñen o potencial de resolver cálculos complexos en cuestión de minutos que os ordenadores clásicos levarían anos, ás veces séculos, en realizar. Non obstante, o primeiro paso para habilitar todo o potencial das tecnoloxías cuánticas é garantir que poidan reparar os seus resultados.

Contexto de computación cuántica autorreparable

En 2019, o chip de Google Sycamore, que contén 54 qubits, puido realizar un cálculo en 200 segundos que normalmente tardaría un ordenador clásico 10,000 anos en rematar. Este logro foi o catalizador da supremacía cuántica de Google, recibindo o recoñecemento mundial como un gran avance na computación cuántica. Posteriormente, isto xerou novas investigacións e avances no campo.

En 2021, Sycamore deu outro paso adiante demostrando que pode corrixir erros computacionais. Non obstante, o propio proceso introduciu novos erros despois. Un problema habitual na computación cuántica é que aínda faltan as taxas de precisión dos seus cálculos en comparación cos sistemas clásicos. 

Os ordenadores que usan bits (díxitos binarios, que son a unidade máis pequena de datos informáticos) con dous estados posibles (0 e 1) para almacenar datos veñen equipados con corrección de erros como característica estándar. Cando un bit pasa a ser 0 en lugar de 1 ou viceversa, este tipo de erro pódese detectar e corrixir.

O desafío da computación cuántica é máis complicado xa que cada bit cuántico, ou qubit, existe simultaneamente nun estado de 0 e 1. Se tentas medir o seu valor, perderanse os datos. Unha solución potencial de longa data foi agrupar moitos qubits físicos nun "qubit lóxico" (qubits que están controlados por algoritmos cuánticos). Aínda que os qubits lóxicos existiron antes, non se empregaron para a corrección de erros.

Impacto perturbador

Varias institucións de investigación e laboratorios de IA estudaron como facer qubits lóxicos que se poidan autocorrexir. Por exemplo, a Duke University e o Joint Quantum Institute, con sede en Estados Unidos, crearon un qubit lóxico que funciona como unha única unidade en 2021. Ao basearse nun código de corrección de erros cuánticos, os fallos pódense detectar e corrixir máis facilmente. Ademais, o equipo fixo que o qubit fose tolerante a fallas para conter calquera efecto negativo dos devanditos erros. Este resultado foi a primeira vez que se demostrou que un qubit lóxico era máis fiable que calquera outro paso necesario na súa creación.

Usando o sistema de trampa iónica da Universidade de Maryland, o equipo puido arrefriar ata 32 átomos individuais con láseres antes de suspendelos sobre electrodos nun chip. Ao manipular cada átomo con láseres, puideron usalo como qubit. Os investigadores demostraron que os deseños innovadores poderían liberar un día a computación cuántica do seu estado actual de erros. Os qubits lóxicos tolerantes a fallos poden solucionar os fallos dos qubits contemporáneos e poden ser a columna vertebral de ordenadores cuánticos fiables para aplicacións do mundo real.

Sen ordenadores cuánticos autocorrexibles ou autorreparables, sería imposible facer sistemas de intelixencia artificial (IA) que sexan precisos, transparentes e éticos. Estes algoritmos requiren grandes cantidades de datos e potencia informática para cumprir o seu potencial, incluíndo facer vehículos autónomos seguros e xemelgos dixitais que admitan dispositivos de Internet das cousas (IoT).

Implicacións da computación cuántica autorreparadora

As implicacións máis amplas dos investimentos en computación cuántica de autorreparación poden incluír: 

• Desenvolvendo sistemas cuánticos que poidan procesar maiores volumes de datos mentres detectan erros en tempo real.
• Investigadores que desenvolven sistemas cuánticos autónomos que non só poden auto-repararse senón auto-probarse.
• Aumento do financiamento na investigación cuántica e no desenvolvemento de microchips para crear computadoras que poidan procesar miles de millóns de información pero que requiran menos enerxía.
• Ordenadores cuánticos que poden soportar procesos máis complexos de forma fiable, incluíndo redes de tráfico e fábricas totalmente automatizadas.
• A aplicación industrial completa da computación cuántica en todos os sectores. Este escenario só será posible unha vez que as empresas se sintan o suficientemente seguras na precisión dos resultados da computación cuántica como para guiar a toma de decisións ou para operar sistemas de alto valor.

Preguntas a ter en conta

• Cales son os outros beneficios potenciais dos ordenadores cuánticos estables?
• Como poden afectar estas tecnoloxías ao teu traballo no futuro?