El método combina la posibilidad de medir con precisión haciendo uso de un bajo número de recursos y presenta la primera medición de entrelazamiento de multiples qubits, entregando las bases para explorar el entrelazamiento de sistemas aún más complejos.
En la actualidad siguen existiendo múltiples desafíos para el desarrollo de la computación cuántica, una tecnología prometedora, que, sin embargo, cuenta con prototipos de procesadores que tienen un nivel de ruido que les impide alcanzar su máximo potencial, causando errores que se infiltran en los cálculos.
Con el objetivo de demostrar que con los actuales prototipos de computadores cuánticos se puede determinar el entrelazamiento de grandes cantidades de qubits, un grupo de investigadores del Instituto Milenio de investigación en Óptica, MIRO, pertenecientes a la Universidad de Concepción, publicó la investigación titulada “Determinación variacional de entrelazamiento geométrico de múltiples qubits en computadores cuánticos ruidosos de escala intermedia”.
Los qubits (partículas subatómicas como electrones o fotones), son la unidad mínima de información en la computación cuántica y, a diferencia de los bits que se utilizan en los computadores tradicionales, no tienen un único valor en un momento dado, pudiendo ser 0 o 1 a la vez. Desarrollar sistemas de corrección de errores o crear herramientas para controlar dichos qubits o bits cuánticos con mayor precisión, son algunos de los desafíos para mejorar los computadores cuánticos.
En la investigación desarrollada por el equipo MIRO-UdeC se desarrolló un método para medir partículas entrelazadas. “La medición del entrelazamiento cuántico es un proceso difícil que requiere de técnicas de medición complejas, incluso en el caso de unos pocos qubits. Nosotros logramos mostrar que es posible usar un prototipo de computador cuántico para medir entrelazamiento de grandes números de bits cuánticos alcanzando una buena precisión y con un bajo uso de recursos, tales como mediciones y tiempo”, explica el director de MIRO y académico de la UdeC, Dr. Aldo Delgado.
El entrelazamiento cuántico es clave para que los computadores cuánticos adquieran su poder, ya que los investigadores pueden generar parejas de qubits “entrelazados”, lo que significa que ambos existen en un mismo estado cuántico. Cambiar el estado de uno de los qubits altera el estado del otro de una manera predecible, algo que sucede incluso si están separados por grandes distancias. En un computador convencional, duplicar el número de bits aumenta la capacidad de procesamiento al doble, pero gracias al entrelazamiento, añadir qubits adicionales a una máquina cuántica produce un aumento exponencial en su capacidad de procesamiento.
Para llevar a cabo esta investigación, que tomó cerca de dos años, el equipo de investigación integrado por Jean Cortés, Luciano Pereira, Andrés Muñoz, Leonardo Zambrano y Aldo Delgado realizó cálculos teóricos, simulaciones numéricas en computadores de alto rendimiento y experimentos en los prototipos de computadores cuánticos de IBM. “Estos últimos resultaron fundamentales para nuestra investigación y se encuentran a disposición de todos los usuarios interesados por medio de un servicio en la nube. Los resultados de los experimentos con los computadores cuánticos de IBM y nuestras simulaciones numéricas concuerdan muy bien”, complementa el Dr. Delgado.
Consultado por los pasos a seguir en esta línea, el director de MIRO señala que buscan mejorar este resultado para poder medir el entrelazamiento en un número mayor de qubits. “Este es un gran desafío puesto que a mayor número de qubits el uso de los computadores cuánticos actuales requiere diseñar técnicas nuevas para evitar que estos caigan en lo que se ha denominado el “Barren plateau”, una condición en la cual la programación de los computadores cuánticos no produce los resultados esperados”.
De esta manera, el artículo, que fue publicado en Physical Review Applied, presenta la primera medición de entrelazamiento de multiples qubits y proporciona las bases para explorar el entrelazamiento de sistemas aún más complejos.
Más detalles de la publicación:
https://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.18.024048