Parece que para lograr ordenadores cuánticos universales y sin fallos no hay forma de prescindir de la magia, y no es una broma. Los magos de Google han sido los primeros en descubrir y aplicar un método de cultivo de estados mágicos cuánticos que, en el nuevo procesador Willow de la compañía, ha obrado auténticas maravillas en la corrección de errores.
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Conviene aclarar de entrada que el término «mágicos» en el contexto de la computación cuántica es normal. Lo introdujeron hace unos veinticinco años los físicos Serguéi Bravyi y Alexei Kitaev. Los estados mágicos permiten preparar un circuito cuántico para cálculos mediante un tipo especial de puertas (las puertas T), difíciles de reproducir por otras vías. Pero Kitaev y Bravyi desarrollaron la idea de la destilación de estados mágicos, en la que de un conjunto de sistemas solo llegan a la implementación final los más adecuados para un algoritmo concreto. Los especialistas de Google han ideado otra solución, a la que han llamado cultivo de estados mágicos.
La propuesta de Google consiste en tratar los estados mágicos como plantas de invernadero únicas. La más mínima desviación de los parámetros establecidos, detectada mediante un control continuo no destructivo, lleva a descartar el elemento. En concreto, durante la preparación del lanzamiento del algoritmo en el procesador Willow de Google se descartó el 92 % de los circuitos cuánticos preparados inicialmente. En otras palabras, en el experimento solo participó el 8 % de los estados mágicos previstos al principio.
Aun así, incluso en ese caso los investigadores lograron reducir los errores unas 40 veces y alcanzar una precisión lógica de los estados mágicos de tipo T del 99,99 %. El trabajo resuelve uno de los problemas de ingeniería importantes para crear ordenadores cuánticos universales tolerantes a fallos: los métodos actuales de corrección de errores cuánticos, como se sabe, pueden acaparar la inmensa mayoría de los recursos de hardware y dejar a los algoritmos apenas unas migajas.
Además, el estado mágico se consume durante el cálculo y no puede reutilizarse, por lo que el ordenador necesita un suministro constante de esos estados con alta precisión. Como se ha dicho, antes se recurría a la destilación para mejorar su calidad: varios estados menos precisos se procesan conjuntamente para obtener estados más fiables, aunque en menor número. Este enfoque es viable, pero exige cúbits y operaciones adicionales.
El método de cultivo propone otro esquema: el estado inicial se comprueba de forma secuencial mediante mediciones, se detectan indicios de error y se descartan los intentos fallidos, en lugar de crear desde el principio un lote grande de estados para su posterior destilación.
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Un problema aparte durante el experimento fueron las mediciones, cuya precisión no bastaba para el cultivo de estados mágicos. El equipo de investigadores tuvo que idear un método de «tomografía inversa» para garantizar un control no destructivo. Por último, los errores empezaron a surgir más tarde, en la fase de transmisión del estado preparado para su uso posterior.
El experimento en sí confirmó que un estado mágico cultivado puede transferirse entre circuitos, aunque el paso a un código mayor añade sus propios errores. Habrá que abordarlo en la siguiente etapa de la investigación. En principio todo funciona, pero un poco más de magia no vendría mal.