El futuro de la computación cuántica ha sido objeto de gran interés y especulación en los últimos años. Muchos esperan que esta tecnología revolucionaria supere a los ordenadores tradicionales en términos de velocidad y capacidad de cálculo. Sin embargo, según los expertos, es poco probable que los ordenadores cuánticos superen a los tradicionales en los próximos 5 a 10 años.
Una de las principales razones de esta limitación es el ruido y los errores inherentes a los sistemas cuánticos. Los fenómenos no deseados que pueden afectar la calidad de los cálculos a menudo se atribuyen a la naturaleza misma de los qubits, las unidades fundamentales de información cuántica. Estos problemas son la consecuencia directa de los efectos cuánticos bien conocidos.
Factores ambientales como las fluctuaciones de temperatura y las interferencias electromagnéticas pueden perturbar el sistema cuántico y llevar a errores de medición o pérdida de coherencia. Algunos errores también pueden derivar de defectos o imperfecciones en la construcción de los qubits o en las operaciones de control. Además, el fenómeno del entrelazamiento, fundamental para aprovechar las capacidades de los ordenadores cuánticos, puede ser tanto deseado como indeseado. El entrelazamiento indeseado entre los qubits puede provocar errores en los cálculos, lo que dificulta el control y la manipulación de los datos cuánticos.
El problema del ruido y los errores representa un desafío significativo en la implementación de ordenadores cuánticos escalables y confiables. La comunidad científica y las empresas del sector están trabajando activamente para abordar este desafío y mejorar la calidad y confiabilidad de los ordenadores cuánticos, con el objetivo de alcanzar niveles de rendimiento cada vez más altos.
Recientemente, los investigadores de IBM Quantum en Nueva York, en colaboración con la Universidad de California (Berkeley) y el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, han informado de importantes avances en este campo. Un ordenador cuántico de IBM con 127 qubits ha logrado realizar un cálculo de gran interés para los físicos sin cometer errores, mientras que un superordenador tradicional no pudo lograrlo.
Sin embargo, lo más destacado no es tanto el problema específico resuelto por el ordenador cuántico, sino el hito alcanzado en la mitigación del error cuántico. IBM ha implementado con éxito una nueva técnica para reducir el ruido que acompaña el cálculo cuántico. Los investigadores de IBM aumentaron de manera controlada el ruido en el circuito cuántico para obtener respuestas aún más ruidosas y menos precisas. Luego, extrajeron los datos y estimaron la respuesta que el ordenador habría obtenido sin ruido. De esta manera, pudieron comprender con mayor precisión cómo el ruido afecta negativamente a los circuitos cuánticos y realizar predicciones sobre la salida. Esta técnica se conoce como "extrapolación de cero ruido" (Zero Noise Extrapolation, ZNE).
Cuanto más entrelazados estén los qubits entre sí (es decir, cuando el estado de algunos qubits depende del estado de otros), mayor será el efecto negativo del ruido en los cálculos. Además, los cálculos que involucran un conjunto de qubits pueden introducir errores aleatorios en otros qubits que no están directamente involucrados.
En un intento por abordar estos desafíos, los científicos de IBM están explorando un enfoque similar a la corrección de errores de memoria ECC (Error Correcting Code). Su objetivo es introducir qubits adicionales para monitorear y corregir errores. Sin embargo, lograr una corrección de errores tolerante a fallas a gran escala sigue siendo un enorme desafío de ingeniería que aún debe demostrarse en la práctica.
A pesar de los avances realizados, los investigadores prefieren proceder con cautela. Se necesitará tiempo para verificar si el enfoque ZNE propuesto por IBM tendrá éxito en una amplia gama de aplicaciones prácticas.
La computación cuántica tiene el potencial de transformar muchos campos, desde la criptografía hasta la simulación de materiales y el descubrimiento de medicamentos. Sin embargo, antes de que los ordenadores cuánticos se conviertan en una realidad práctica y confiable, es crucial superar los desafíos del ruido y los errores.
A medida que la comunidad científica y las empresas continúan investigando y desarrollando tecnologías cuánticas, es probable que veamos avances significativos en los próximos años. La colaboración entre diferentes actores, como IBM y las instituciones académicas, es fundamental para impulsar el progreso en esta área.
Aunque los ordenadores cuánticos han demostrado su capacidad para resolver ciertos problemas de manera más eficiente que los ordenadores clásicos, todavía existen desafíos importantes que deben superarse antes de que puedan reemplazar por completo a los sistemas tradicionales. La mitigación del ruido y los errores es una de las áreas clave en las que los investigadores están trabajando, y los avances recientes, como la técnica ZNE propuesta por IBM, muestran promesa para mejorar la calidad y confiabilidad de los ordenadores cuánticos en el futuro.
