Microsoft y Atom Computing anuncian un ordenador cu¨¢ntico tras batir un r¨¦cord de computaci¨®n fiable

Las compa?¨ªas Microsoft y Atom Computing han publicado en el repositorio cient¨ªfico Arxiv la consecuci¨®n de un r¨¦cord cu¨¢ntico: computaci¨®n robusta y fiable mediante el entrelazamiento de 24 c¨²bits l¨®gicos a partir de ¨¢tomos neutros. Seg¨²n ambas empresas, el avance les permite anunciar la comercializaci¨®n de un computador de esta tecnolog¨ªa para este pr¨®ximo a?o. ¡°Los resultados muestran los avances hacia la ventaja cu¨¢ntica cient¨ªfica [ejecutar tareas de manera m¨¢s r¨¢pida, econ¨®mica y eficiente que una computadora cl¨¢sica], que requerir¨¢ no solo una computaci¨®n fiable, sino tambi¨¦n la integraci¨®n con la inteligencia artificial y procesamientos de alto rendimiento¡±, explica Krysta Svore, t¨¦cnica de esta tecnolog¨ªa en Microsoft.

Jian-Wei Pan, cient¨ªfico de la Universidad de Ciencia y Tecnolog¨ªa de China (USTC) y l¨ªder de uno de los mejores grupos de investigaci¨®n cu¨¢ntica del mundo, ya advert¨ªa hace dos a?os que uno de los logros m¨¢s disruptivos en esta tecnolog¨ªa ser¨ªa ¡°contar con un c¨²bit l¨®gico con mayor fidelidad que el f¨ªsico¡±. El investigador calculaba que este avance se alcanzar¨ªa en unos cinco a?os. Microsoft y Atom Computing aseguran haberlo conseguido ya.

La computaci¨®n cu¨¢ntica aprovecha las propiedades de ¨¢tomos, iones, fotones o sistemas superconductores para salvar las limitaciones binarias y multiplicar exponencialmente la capacidad de procesamiento. Lo consigue aprovechando la superposici¨®n de estados, el principio que permite estar simult¨¢neamente en m¨¢s de dos valores a la vez. Pero esta superposici¨®n es vulnerable a cualquier perturbaci¨®n y la informaci¨®n contenida en c¨²bits f¨ªsicos se pierde o altera (decoherencia), por lo que se utiliza la correcci¨®n de errores y la recuperaci¨®n para desarrollar un c¨²bit l¨®gico, que preserva la informaci¨®n cu¨¢ntica.

¡°Pero no todos los tipos de c¨²bits permiten la correcci¨®n de errores cu¨¢nticos necesaria para permitir una computaci¨®n fiable. Y sin ella, es poco probable que se logren soluciones valiosas a problemas cl¨¢sicamente intratables [irresolubles con procesamiento convencional]. Es esencial pasar de la inform¨¢tica con c¨²bits f¨ªsicos [vulnerables al ruido] a operar con l¨®gicos y fiables¡±, argumenta Svore.

Para conseguirlo, Atom Coputing han recurrido a ¨¢tomos neutros, con m¨¢s estabilidad y capacidad de interconexi¨®n, como c¨²bits f¨ªsicos para almacenar y procesar informaci¨®n cu¨¢ntica mediante la manipulaci¨®n con pulsos de luz l¨¢ser.

Con 112 de ellos se han desarrollado, mediante la plataforma Azure Quantum de Microsoft, 24 c¨²bits l¨®gicos entrelazados (el mayor n¨²mero registrado hasta la fecha en un sistema comercial de ¨¢tomos neutros) cuya fidelidad, seg¨²n la investigaci¨®n publicada en Arxiv, ha sido del 99,6%, la mayor robustez alcanzada por un sistema comercial, seg¨²n los investigadores. Microsoft ha conseguido en esta ocasi¨®n duplicar los 12 c¨²bits l¨®gicos fiables que alcanz¨® anteriormente con una trampa de iones de Quantinuum.

¡°Esos qubits l¨®gicos son capaces no solo de entrelazarse, sino tambi¨¦n de someterse a muchas operaciones l¨®gicas sin fallar para permitir soluciones exitosas a c¨¢lculos complejos¡±, asegura Svore. La confluencia de ambas tecnolog¨ªas permite, de acuerdo con las dos compa?¨ªas, ¡°una correcci¨®n de errores cu¨¢nticos m¨¢s r¨¢pida, avanzada y eficiente¡±.

¡°Los c¨²bits l¨®gicos han realizado con ¨¦xito c¨¢lculos basados en el algoritmo de Bernstein-Vazirani [un algoritmo cu¨¢ntico dise?ado por Ethan Bernstein y Umesh Vazirani a principios de los noventa para resolver un problema espec¨ªfico de forma m¨¢s eficiente que por m¨¦todos cl¨¢sicos]. Adem¨¢s, fueron capaces de producir una soluci¨®n m¨¢s precisa que el mismo c¨¢lculo con c¨²bits f¨ªsicos¡±, detalla la investigadora de Microsoft.

En este sentido, Ben Bloom, fundador y director general de Atom Computing, a?ade: ¡°Nuestra tecnolog¨ªa de ¨¢tomos neutros altamente escalable se puede utilizar para crear grandes cantidades de c¨²bits de alta fidelidad, que son una parte crucial de la estrategia de Atom para construir computadoras cu¨¢nticas tolerantes a fallos¡±.

Los resultados han llevado a las dos compa?¨ªas a anunciar la comercializaci¨®n de un computador cu¨¢ntico el pr¨®ximo a?o con la tecnolog¨ªa desarrollada. ¡°Al acoplar nuestros c¨²bits de ¨¢tomos neutros de ¨²ltima generaci¨®n con el sistema de virtualizaci¨®n de Microsoft [c¨²bits l¨®gicos], ahora podemos ofrecer una m¨¢quina cu¨¢ntica comercial confiable. Este sistema permitir¨¢ un r¨¢pido progreso en m¨²ltiples campos, incluyendo la qu¨ªmica y la ciencia de los materiales¡±, asegura Bloom.

Las compa?¨ªas no han especificado el precio de pr¨®ximo computador que, adem¨¢s del sistema desarrollado a partir de los ¨¢tomos neutros, integrar¨¢ nube de computaci¨®n de alto rendimiento (HPC) y modelos avanzados de inteligencia artificial a partir de la plataforma Azure Elements,

Este recurso ya se utiliza en qu¨ªmica generativa para el desarrollo de nuevas mol¨¦culas sintetizables y ¨²tiles. Adem¨¢s, permite la creaci¨®n de nuevos conjuntos de datos para entrenar modelos de inteligencia artificial y proporcionar soluciones a problemas complejos en otras industrias.

En este control de las unidades de informaci¨®n cu¨¢nticas participan numerosos laboratorios del mundo. En el ¨¢mbito de equipos, el Instituto de Investigaci¨®n de Electr¨®nica y Telecomunicaciones (ETRI, por sus siglas en ingl¨¦s), en colaboraci¨®n con el centro tecnol¨®gico coreano Kaist y la Universidad de Trento, ha anunciado el desarrollo de un sistema capaz de controlar ocho part¨ªculas de luz portadoras del campo electromagn¨¦tico utilizando un chip de circuito integrado fot¨®nico.

El equipo de investigaci¨®n midi¨® el efecto Hong-Ou-Mandel, un fen¨®meno cu¨¢ntico por el cual dos fotones que entran desde diferentes direcciones pueden interferirse y recorrer juntos el mismo camino, y consigui¨® un estado entrelazado de cuatro c¨²bits en un circuito integrado. El objetivo es fabricar chips de 16 y 32 c¨²bits para avanzar en computaci¨®n cu¨¢ntica.

¡°Planeamos avanzar en nuestra tecnolog¨ªa de hardware [equipamiento] cu¨¢ntico para un servicio de computaci¨®n basado en la nube. Nuestro objetivo principal es desarrollar un sistema a escala de laboratorio para fortalecer nuestras capacidades de investigaci¨®n en computaci¨®n cu¨¢ntica¡±, explica Yoon Chun-Ju, vicepresidente de la divisi¨®n de esta tecnolog¨ªa en el ETRI.

Su compa?ero Lee Jong-Moo, que particip¨® en el desarrollo, es cauto a¨²n, a pesar de los avances: ¡°La investigaci¨®n para la implementaci¨®n pr¨¢ctica de los ordenadores cu¨¢nticos es muy activa en todo el mundo. Sin embargo, a¨²n se necesita una amplia investigaci¨®n a largo plazo para realizar la computaci¨®n cu¨¢ntica pr¨¢ctica, especialmente para superar los errores computacionales causados por el ruido en los procesos cu¨¢nticos¡±.

En este sentido, cient¨ªficos del Instituto Max-Planck han demostrado una forma particularmente eficiente para que los fotones pueden entrelazarse con fonones ac¨²sticos de una forma resistente al ruido externo, seg¨²n publica Physical Review Letters. La posibilidad de implementar este concepto en fibras ¨®pticas o chips fot¨®nicos integrados hace que este mecanismo sea de especial inter¨¦s para su uso en tecnolog¨ªas cu¨¢nticas modernas.