Un ordenador cuántico suprime errores alternando códigos de corrección

Científicos de la Universidad de Innsbruck han presentado un método que permite al ordenador cuántico suprimir errores eficientemente cambiando entre dos códigos de corrección diferentes.

Los ordenadores también cometen errores, que suelen evitarse mediante medidas técnicas o detectarse y corregirse durante el cálculo. En los ordenadores cuánticos, esto supone un cierto esfuerzo, ya que no se puede hacer una copia de un estado cuántico desconocido, por lo que el estado no se puede guardar varias veces durante el cálculo y no se puede detectar un error comparando estas copias.

Inspirándose en la informática clásica, la física cuántica ha desarrollado un método diferente en el que la información cuántica se distribuye en varios bits cuánticos entrelazados y se almacena de forma redundante de este modo. La forma de hacerlo se define en los llamados códigos de corrección.

En 2022, un equipo dirigido por Thomas Monz, del Departamento de Física Experimental de la Universidad de Innsbruck, y Markus Müller, del Departamento de Información Cuántica de la RWTH Aachen y del Instituto Peter Grünberg del Forschungszentrum Jülich (Alemania), implementó un conjunto universal de operaciones en bits cuánticos tolerantes a fallos, demostrando así cómo se puede programar un algoritmo en un ordenador cuántico para que los errores se puedan corregir de forma eficiente.

Sin embargo, los distintos códigos de corrección de errores cuánticos también presentan diferentes dificultades. Un teorema establece que ningún código de corrección puede implementar todas las operaciones de compuerta necesarias para cálculos libremente programables con los bits cuánticos lógicos de forma sencilla y protegida contra errores.

Para superar esta dificultad, el grupo de investigación de Markus Müller ha desarrollado un método que permite al ordenador cuántico cambiar de un código de corrección a otro de forma tolerante a errores. Los resultados se han publicado en la revista Nature Physics.

"De este modo, el ordenador cuántico puede cambiar al segundo código siempre que aparezca una compuerta lógica difícil de implementar en el primer código. Esto facilita la implementación de todas las compuertas necesarias para el cálculo", explica Friederike Butt, doctoranda del grupo de investigación de Markus Müller.

Butt desarrolló los circuitos cuánticos en los que se basa el experimento y los implementó en estrecha colaboración con el grupo de investigación de Thomas Monz en Innsbruck.

"Juntos hemos logrado por primera vez crear un conjunto universal de puertas cuánticas en un ordenador cuántico con trampa de iones utilizando dos códigos de corrección de errores cuánticos combinados", afirma el estudiante de doctorado Ivan Pogorelov del grupo de investigación de Innsbruck.