Rutgers e IBM informan de control de retroalimentación en tiempo real en 100 qubits
Investigadores de Rutgers, IBM y sus colaboradores utilizaron un chip Heron de 156 qubits para demostrar medición y reinicio repetidos en hasta 100 qubits.
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Investigadores de Rutgers, IBM y varias instituciones asociadas afirman haber demostrado retroalimentación cuántica en tiempo real en hasta 100 qubits, mediante mediciones y reinicios repetidos mientras un procesador seguía en funcionamiento. Según el anuncio, el trabajo se llevó a cabo en un procesador IBM Quantum Heron de 156 qubits y se describe en un estudio publicado en Nature Physics. El resultado aborda un requisito fundamental de la computación cuántica tolerante a fallos: la capacidad de monitorizar partes de un sistema e intervenir repetidamente sin detener el cálculo.
Lo anunciado
El equipo afirma que utilizó una cadena conectada de hasta 100 qubits en el hardware Heron de IBM para comprobar si un procesador cuántico podía alternar entre dos comportamientos en tiempo real: dispersar la información entre qubits vecinos y medir para después reiniciar qubits individuales con el fin de suprimir esa dispersión.
En total, el experimento implicó casi 5.000 operaciones de dos qubits y casi 5.000 mediciones y reinicios, según el informe. Los investigadores lo describen como la mayor demostración exitosa hasta la fecha de este tipo de control basado en retroalimentación.
El profesor de Rutgers Jedediah Pixley, uno de los autores principales, afirmó que el campo necesitará realizar este tipo de comprobaciones y correcciones muchas veces durante un cálculo para alcanzar la tolerancia a fallos. La autora principal de IBM Maika Takita señaló que el desafío consistía en repetir mediciones mientras el resto del procesador seguía operando, en lugar de pausar el sistema.
Los detalles técnicos
El experimento planteó una competencia entre dos procesos. Un proceso propagaba la información entre qubits vecinos, creando una dinámica cada vez más caótica. El otro proceso medía qubits seleccionados y los reiniciaba, empujando al sistema hacia un estado ordenado elegido por los investigadores.
Al variar la frecuencia con la que se producía cada proceso, el equipo observó un comportamiento de umbral. Cuando la dispersión ocurría más de la mitad del tiempo, el sistema permanecía caótico. Cuando predominaban la comprobación y el reinicio, el sistema pasaba a un régimen ordenado y controlable. Cerca de un equilibrio entre ambos, un pequeño cambio en la tasa de los dos procesos alteraba el sistema de forma abrupta.
Según los investigadores, ese cambio brusco encaja con la idea de una transición de fase: el sistema cuántico pasa colectivamente del caos al control. El coautor principal Haining Pan afirmó que la transición se definía con más nitidez a medida que el equipo estudiaba sistemas más grandes, y que los datos experimentales coincidían con las expectativas teóricas.
El informe también señala por qué el resultado importa para la corrección de errores. La información cuántica no puede copiarse sin más, y la medición puede perturbar el estado sobre el que se está calculando. Por tanto, una máquina práctica tolerante a fallos tiene que detectar y corregir errores repetidamente mientras preserva la información codificada.
Por qué importa
El anuncio presenta el resultado tanto como una demostración de física como un hito de ingeniería de sistemas. Desde el punto de vista de la física, respalda una predicción teórica según la cual intervenciones repetidas pueden impulsar una transición desde una dinámica cuántica no controlada hacia un régimen ordenado y controlable. Desde el punto de vista del hardware, muestra que el hardware superconductor actual coordina puertas cuánticas, mediciones y reinicios miles de veces en un dispositivo de gran tamaño.
Eso no significa que se haya logrado la computación cuántica tolerante a fallos. El informe señala explícitamente que nadie ha construido todavía un ordenador cuántico tolerante a fallos. Pero la capacidad de realizar ciclos repetidos de medición y reinicio a escala es uno de los componentes operativos que estos sistemas necesitarán.
Qué observar
La siguiente cuestión es cómo técnicas como esta se traducen en protocolos completos de corrección de errores, en lugar de experimentos de física controlados. El estudio sugiere que las capacidades de circuitos dinámicos de IBM pueden sostener largas secuencias de operaciones intercaladas en grandes subconjuntos de qubits, lo que resulta relevante para futuras demostraciones de qubits lógicos.
La colaboración incluyó a investigadores de Rutgers, IBM, the City College of New York, the CUNY Graduate Center, Iowa State University, Ames National Laboratory, Pennsylvania State University y Louisiana State University. Según lo informado en el anuncio, el procesador permitió al equipo estudiar sistemas mucho mayores que los aproximadamente dos docenas de qubits que podían simular en ordenadores convencionales.
Fuentes
Los datos de esta página proceden de las fuentes indicadas abajo, recopiladas por DesignQuantum.
- Rutgers And IBM Demonstrate Real-Time Control Across 100 Qubits thequantuminsider.com