Cuando los científicos desarrollen el computador cuántico completo, el mundo de la informática se someterá a una revolución de sofisticación, velocidad y eficiencia energética que hará que incluso nuestras máquinas convencionales más modernas parezcan antigüedades obsoletas en comparación.

Pero, antes que esto suceda, los físicos cuánticos como tendrán que crear circuitos que se aprovechen de la destreza informática prometida por el bit cuántico (“qubit”), al tiempo que compensan su alto nivel de vulnerabilidad al error inducido por el medio ambiente.

En lo que ellos llaman un hito importante, los investigadores del Laboratorio de Martinis han desarrollado circuitos cuánticos que hacen autocontroles de los errores y los suprimen, preservan el estado (s) de los qubits y integran el sistema con la codiciada fiabilidad que es fundamental para la construcción de ordenadores cuánticos de gran escala.

Mantener qubits libres de errores, o lo suficientemente estables como para reproducir el mismo resultado de nuevo, es uno de los principales obstáculos científicos en la vanguardia de la computación cuántica.

“Uno de los mayores retos en la computación cuántica es que los qubits son inherentemente defectuosos”, dijo Julian Kelly, investigador y co-autor principal de el trabajo de investigación que se publicó en la revista Nature. “Así que si usted almacena cierta información en ellos, ellos la olvidarán.”

A diferencia de la computación clásica, en la que existen los bits informáticos en estados binarios (“sí / no”, o “verdadero / falso”), los qubits pueden existir en cualquier y todas las posiciones al mismo tiempo, en varias dimensiones. Es esta propiedad, llamada “superposición”, da a los computadores cuánticos su poder computacional, pero también es esta característica la que hace a los qubits propensos al error, especialmente en entornos inestables, y por lo tanto es difícil de trabajar con ellos.

“Es difícil procesar la información si desaparece”, dijo Kelly.

El proceso de corrección de errores implica la creación de un esquema en el que varios qubits trabajan juntos para preservar la información, dijo Kelly. Para ello, la información se almacena a través de varios qubits.

“Y la idea es que construyamos este sistema de nueve qubits, que pueden buscar los errores”, dijo. Los qubits de la red son responsables de salvaguardar la información contenida en sus vecinos, explicó, en un sistema de detección y corrección de errores repetitivos que pueden proteger la información adecuada y almacenarla por más tiempo que cualquier qubit individual.

“Esta es la primera vez que un dispositivo cuántico se ha construido que es capaz de corregir sus propios errores”, dijo Fowler. Para el tipo de cálculos complejos que los investigadores prevén para un computador cuántico real, sería necesario cien millones de qubits, pero antes de eso es necesario un auto-chequeo y una prevención de errores del sistema robusta.

La clave de este sistema de detección y corrección de errores cuántica es un esquema desarrollado por Fowler, llamado el código de superficie. Se utiliza la información de paridad – la medición del cambio de los datos originales (si existe) – a diferencia de la duplicación de la información original que es parte del proceso de detección de errores en la computación clásica. De esta manera, la información original real que se conserva en los qubits sigue siendo observada igual.

¿Por qué? Debido a la física cuántica. ”No se puede medir un estado cuántico, y esperar que todavía sea cuántico”, explicó Barends. El acto mismo de medición bloquea el qubit en un solo estado y entonces pierde su poder de superposición, dijo. Por lo tanto, en algo parecido a un rompecabezas Sudoku, los valores de paridad de qubits de datos en una matriz qubit se toman por qubits de medición adyacentes, que evalúan esencialmente la información de los qubits  alrededor de ellos.
“Así que usted saca sólo información suficiente para detectar los errores, pero no lo suficiente para echar un vistazo bajo el capó y destruir el las propiedades cuánticas”, dijo Kelly.

Este desarrollo representa una reunión de los mejores de la física y la teórica en computación cuántica – lo último en estabilización qubit y avances en los algoritmos de la computación cuántica.

“Es un hito importante”, dijo Barends. “Porque significa que las ideas de personas han tenido durante décadas son realmente factibles en un sistema real.