Investigadores del MIT descubren cómo evitar que los qubits de las computadoras cuánticas no mueran
Los qubits son los componentes fundamentales para el funcionamiento de la computación cuántica. Pueden representar los dos estados correspondientes a los bits binarios clásicos, aunque también pueden tener una “superposición cuántica” de ambos estados simultáneamente, lo que permite a las computadoras cuánticas resolver problemas complejos que son prácticamente imposibles para las computadoras normales.
Sin embargo, la capacidad de un qubit para mantener su estado de superposición es delicada y puede venirse abajo debido al ruido ambiental.
Recientemente, investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y el Dartmouth College mostraron por primera vez una herramienta que detecta las características dañinas para los qubits.
Los investigadores han desarrollado modelos basados en estadísticas para estimar el impacto de las fuentes de ruido no deseadas que rodean a los qubits para crear nuevas formas de protegerlos y obtener información sobre los propios mecanismos de ruido.
No obstante, esas herramientas generalmente capturan el “ruido gaussiano” simplista, esencialmente la recopilación de interrupciones aleatorias de una gran cantidad de fuentes.
En el artículo publicado en la revista Nature Communications, los investigadores describen una nueva herramienta que mide el “ruido no gaussiano” que afecta a un qubit.
Los investigadores desarrollaron técnicas de procesamiento de señales para reconstruir información altamente detallada sobre esas señales de ruido.
Para su trabajo, aprovecharon el hecho de que los qubits superconductores son buenos sensores para detectar su propio ruido. Específicamente, usan un qubit de “flujo”, que consiste en un circuito superconductor que es capaz de detectar un tipo particular de ruido disruptivo, llamado flujo magnético, desde su entorno.
La innovación clave detrás del trabajo es diseñar cuidadosamente los pulsos para que actúen como filtros específicos que extraen las propiedades del “bispectrum”, una representación bidimensional que brinda información sobre correlaciones de tiempo distintivas del ruido no gaussiano.
Esencialmente, al reconstruir el biespectro, podrían encontrar propiedades de señales de ruido no gaussianas que afectan al qubit con el tiempo, que no existen en las señales de ruido gaussianas.
La idea general es que, para el ruido gaussiano, sólo habrá correlación entre dos puntos en el tiempo, lo que se conoce como una “correlación de tiempo de segundo orden”. Pero, para el ruido no gaussiano, las propiedades en un punto en el tiempo se correlacionarán directamente con las propiedades en múltiples puntos futuros. Tales correlaciones de “orden superior” son el sello distintivo del ruido no gaussiano.
Esta información puede ayudar a los programadores a validar y adaptar la supresión de errores dinámicos y los códigos de corrección de errores para qubits, que corrige los errores inducidos por el ruido y garantiza un cálculo preciso.