IBM conecta dos chips de 120 cúbits con cuatro cables cuánticos superconductores
Investigadores de IBM informan de un enlace de cuatro canales entre dos procesadores de 120 cúbits, con una fidelidad media de transferencia de estados del 99% en una prepublicación en arXiv.
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Investigadores de IBM afirman haber demostrado una interconexión cuántica de cuatro canales entre dos procesadores superconductores de 120 cúbits, un paso hacia sistemas modulares construidos a partir de varios chips en lugar de un único dado de mayor tamaño. En un estudio publicado en arXiv el 27 de octubre, el equipo informó de una fidelidad media de transferencia de estados cuánticos del 99% a través de enlaces superconductores de escala métrica, junto con puertas entre chips con una fidelidad media del 94.75%. El trabajo es una prepublicación.
Lo anunciado
En la prepublicación, IBM conectó dos procesadores Nighthawk R1, cada uno con 120 cúbits, mediante cuatro cables coaxiales de aluminio de aproximadamente 80 centímetros de longitud dentro de un sistema criogénico. Los investigadores utilizaron los enlaces para transferir estados cuánticos, realizar operaciones entre cúbits en chips separados y generar entrelazamiento que abarca ambos procesadores.
La empresa describe el resultado como la primera demostración, hasta donde sabe, de una interconexión cuántica multicanal entre grandes procesadores cuánticos superconductores. La configuración no implicó a los 240 cúbits completos. En su lugar, el equipo cableó y midió cúbits seleccionados cerca de las interconexiones para acelerar el desarrollo.
Los detalles técnicos
Cada enlace utilizó cúbits dedicados en los extremos del cable, con elementos de acoplamiento ajustables que controlaban las interacciones entre esos cúbits y el enlace de microondas. Mediante benchmarking de red, los investigadores midieron la fidelidad de transferencia de estados en ambas direcciones e informaron de que los cuatro enlaces superaron el 98.86%. El mejor enlace alcanzó el 99.29%, con una incertidumbre de 0.07 puntos porcentuales.
A continuación, el equipo utilizó las conexiones para implementar puertas controlled-Z entre cúbits computacionales de distintos procesadores. Esas puertas remotas requirieron dos transferencias de estado, tres puertas locales de dos cúbits y controles adicionales de un solo cúbit. La fidelidad media de estas puertas a distancia fue del 94.75%, mientras que la mejor alcanzó el 96.42%, con una incertidumbre de 0.28 puntos porcentuales.
IBM también informó de estados entrelazados distribuidos entre los dos chips. Los investigadores generaron simultáneamente dos pares entrelazados a través de enlaces adyacentes, aunque uno de los pares mostró una fidelidad menor durante la operación simultánea. Además, crearon estados entrelazados de cuatro y seis cúbits que abarcaban ambos procesadores. Las fidelidades medidas fueron del 77.23% para el estado de cuatro cúbits y del 67.67% para el de seis cúbits; tras una corrección estadística de los errores de medición, esos valores aumentaron al 91.70% y al 90.87%.
Empaquetado y fiabilidad
Una parte destacada del trabajo fue la integración mecánica y criogénica. Los cables se fijaron de forma perpendicular a la superficie del chip, una geometría que, según los investigadores, se adapta mejor a diseños de interconexión más densos que disposiciones paralelas anteriores. La fijación utilizó uniones por presión de indio a indio formadas a temperatura ambiente después de que los módulos del procesador se montaran en el criostato.
Según el estudio, los cuatro enlaces siguieron operativos durante tres ciclos de calentamiento y enfriamiento sin ajustes en las conexiones.
El artículo también identifica los campos magnéticos durante el enfriamiento como una fuente de pérdidas en el cable. IBM añadió dos capas de blindaje magnético alrededor de los cables, aunque los investigadores describen la malla de blindaje como una medida temporal.
Por qué importa
El resultado aborda una cuestión central de escalado en la computación cuántica superconductora: si es posible enlazar varios procesadores sin perder demasiada de la información cuántica necesaria para una computación útil. Construir sistemas más grandes a partir de módulos podría aliviar las limitaciones físicas relacionadas con el tamaño del chip, el cableado y el empaquetado.
Al mismo tiempo, los datos muestran la brecha que aún existe entre la transferencia básica de estados y las operaciones distribuidas completas. El modelo de errores de IBM atribuyó aproximadamente el 77% del error de transferencia de estado a la coherencia limitada del cable y de los cúbits dedicados, especialmente a la desfasación. Los investigadores dicen que omitieron deliberadamente algunos pasos de fabricación y procesamiento que se sabe que mejoran el rendimiento de los cúbits para acelerar el experimento.
Qué observar
La siguiente prueba será si IBM puede convertir cuatro enlaces funcionales en un mayor número de conexiones reproducibles y fabricables, al tiempo que aumenta las fidelidades. El artículo también apunta a un posible cambio arquitectónico: integrar los elementos de interconexión directamente en la red del procesador para reducir el número de pasos necesarios para las puertas remotas.
Por ahora, el trabajo demuestra un subsistema prometedor más que un ordenador cuántico modular completo. Como señalan los autores, el reto a partir de ahora es el uso fiable y repetido de este tipo de enlaces en computación con corrección de errores.
Fuentes
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