Google utiliza “magia” para reducir los errores de la computación cuántica

Los investigadores de Google han demostrado una nueva forma de reducir los errores en la computación cuántica, acercando a la empresa a la construcción de máquinas capaces de resolver problemas prácticos. Probada en el procesador cuántico Willow de la empresa, la técnica, denominada «cultivo de estados mágicos», redujo los errores de preparación unas 40 veces y produjo estados cuánticos con una fidelidad lógica del 99.99 %.

El término «estados mágicos» es un concepto establecido en la computación cuántica, no una referencia a nada sobrenatural. Estos estados permiten a los ordenadores cuánticos realizar determinadas operaciones necesarias para la computación cuántica universal, incluidas las implementadas mediante puertas T. Dado que los estados mágicos se consumen durante los cálculos y no pueden reutilizarse, producirlos de forma fiable a gran escala constituye un importante desafío de ingeniería.

Los métodos existentes para producir estados mágicos utilizan un proceso denominado destilación de estados mágicos, que combina múltiples estados imperfectos para producir una cantidad menor de estados más fiables. Google afirma que este proceso puede consumir una parte sustancial de los recursos de un ordenador cuántico, dejando menos capacidad para los cálculos propiamente dichos.

El método de cultivo de Google adopta un enfoque diferente. En lugar de procesar grandes lotes de estados imperfectos, el sistema prepara estados individuales y los comprueba repetidamente mediante mediciones diseñadas para detectar errores sin destruir los estados examinados. Los intentos que no superan las comprobaciones se descartan, dejando solo los resultados más fiables.

En el procesador Willow de Google, la técnica redujo los errores de preparación aproximadamente 40 veces en comparación con los estados preparados sin cultivo. Los estados resultantes alcanzaron una fidelidad lógica del 99.99 %, lo que indica una tasa de error muy baja. Sin embargo, esta precisión tuvo un coste: en las pruebas experimentales más rigurosas, se descartó alrededor del 92 % de los intentos, dejando solo un 8 % para su uso.

Medir errores tan pequeños también supuso un desafío. El equipo desarrolló una técnica denominada tomografía por retroacción tras descubrir que las fluctuaciones de temperatura y el ruido de los equipos eléctricos distorsionaban sus mediciones iniciales. Los investigadores demostraron después que los estados cultivados podían transferirse a un código de corrección de errores cuánticos de mayor tamaño, aunque la transferencia introducía errores adicionales.

El experimento no proporciona un ordenador cuántico completo tolerante a fallos. En cambio, aborda un cuello de botella específico de ingeniería: producir los estados de alta calidad necesarios para realizar cálculos útiles sin dedicar recursos de hardware excesivos a su preparación.