¿Google está a punto de construir el primer qubit del mundo?

El qubit es la unidad básica de computación cuántica. Así que a los desarrolladores de hardware cuántico obviamente les gusta presumir de cuántos tienen. Aunque algunos afirman tener miles en sus dispositivos, hay un sentimiento muy real de que nadie ha construido ni siquiera uno solo.

Hay un par de cosas diferentes para las que usamos el nombre del qubit. Uno es un qubit físico. La parte física se refiere al hecho de que estos son objetos reales de la vida real. La parte de bits nos dice que estos objetos deberían tener dos posibles estados. Y lo que es para el cuántico, ya que necesitamos manipular los estados de una manera cuántica mecánica.

Cualquier qubit que merezca el nombre también debe tener un ruido extremadamente bajo. La forma en que los manipulamos e interactuamos debería ser casi perfecta. Como un logro de la física experimental, deben estar en la cúspide: Una maravilla de la ciencia y la ingeniería. Aun así, no son suficientemente buenos. Para las ordenadores cuánticos, casi perfecto es casi inútil.

Esto no es más de lo que esperamos de los ordenadores normales. Hay millones de píxeles en tu pantalla, pero te darías cuenta si sólo uno estuviera haciendo algo al azar. Lo mismo es cierto para todos los millones de bits que nadan alrededor en sus programas. Sólo se necesita un valor de conmutación de unos pocos porque están aburridos para que todo se convierta en un sinsentido.

Cuando programamos, a menudo olvidamos que los bits de nuestro ordenador tienen una forma corpórea real. Pensamos en ellos como un concepto abstracto, puro e incorruptible. De lo contrario, el desarrollo de software sería una actividad muy diferente. Los programas cuánticos están diseñados con el mismo grado de perfección en mente. Para ejecutarlos, necesitamos renuncias lógicas: encarnaciones de la idea misma de la información cuántica.

Construir qubits lógicos requiere que domemos la naturaleza de sus primos físicos. Necesitamos corrección de errores cuánticos. Muchas de las partes físicas son reunidas y conducidas a ser más grandes que la suma de sus partes. Cuanto más qubits físicos usemos, mejor será el efecto. El ruido disminuye exponencialmente, hasta que podemos estar seguros de que no ocurrirá ni un solo error durante el cálculo.

Esto no está exento de costes. No debemos pensar en gastar unos pocos cientos de qubits físicos para construir uno solo lógico. Pero si esto significa alcanzar la promesa completa de computación cuántica, valdrá la pena.

El diseño más popular para la corrección de errores cuánticos es el código de superficie. Para el código de superficie más pequeño, se necesitan 17 qubits físicos. Éstos construirían un qubit lógico, pero no con la suficiente complejidad como para hacer algo con él.

Todavía no se ha logrado nada parecido. Para ver por qué, echemos un vistazo a lo que se necesitaría.

Esto es un código de superficie. Los 17 puntos, tanto blancos como negros, son los qubits físicos. Las 24 líneas coloreadas representan un cierto tipo de operación cuántica, la controlada-NO. Para cada par de salidas conectadas, esta operación debería ser posible realizarla de forma limpia y directa.

El principal desafío es conectar todos estos controles-NO. Tener 17 qubits en nuestro procesador cuántico no es suficiente. También necesitamos el conjunto de instrucciones para soportar esta red específica de procesos.

Tener un montón de qubits físicos en una línea son noticias viejas, dos líneas al lado de la otra también es factible. Pero la red 2D de conexiones necesarias para el código de superficie es mucho más difícil.
Aun así, Google promete esto y mucho más para finales de año. Prometieron una red de 7×7 de 49 qubits físicos. Esto sería un gran paso adelante en comparación con otros dispositivos, como la celosía IBM 2×8 de 16 qubits físicos.

El dispositivo IBM tiene suficiente conectividad para hacer un bit lógico a partir de qubits físicos. En los próximos meses harán cosas mucho más geniales, como es de esperar del dispositivo a la vanguardia de su campo. Pero hacer un qubit lógico no será uno de sus logros.

El hecho de que los 49 qubits de Google serán tan revolucionarios hace difícil creer que lo veremos antes de que acabe el año. Los hitos más realistas para este año son un dispositivo de 17 qubit de IBM, y uno de 20 qubit de Google. Ambos tienen suficientes qubits para empezar con el código de superficie. Pero, ¿tienen el diseño correcto? Sólo el tiempo lo dirá.

Quizá no tengamos que esperar mucho tiempo. John Martinis, el encargado de construir los dispositivos cuánticos de Google, dará una charla la próxima semana. El título…
Escalado de errores lógicos de medición con el código de superficie
Los códigos de superficie están en el radar de los gigantes tecnológicos. El primer qubit lógico del mundo se acerca. ¿Ya lo ha gestionado el dispositivo de 20 qubit de Google?

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