Nord Quantique, empresa líder en computación cuántica, está a punto de anunciar un hito significativo en la física aplicada. Han desarrollado con éxito una tecnología de cúbits bosónicos con codificación multimodo.
Este avance abre un camino prometedor hacia una drástica reducción en el número de cúbits físicos necesarios para la corrección de errores cuánticos (QEC), uno de los mayores desafíos del sector. El resultado esperado son sistemas cuánticos más compactos, pero paradójicamente más potentes y con un consumo energético mucho menor.
Estos sistemas más pequeños también simplificarían su desarrollo a escala industrial, gracias a su tamaño reducido y menores requisitos de criogenia y electrónica de control.
Para demostrar esta proeza, la compañía implementó un avanzado código bosónico conocido como "código Tesseract". Este código protege el sistema contra múltiples tipos comunes de errores cuánticos, como las inversiones de bit y de fase, así como errores de control.
Una ventaja clave de esta codificación multimodo sobre la monomodo es la capacidad de detectar los "errores de fuga". Estos errores son problemáticos porque eliminan el cúbit del espacio de codificación donde se guarda la información.
En su demostración, Nord Quantique utilizó postselección para filtrar ejecuciones imperfectas, descartando un 12,6% de los datos en cada ronda. A pesar de ello, demostraron una excelente estabilidad en la información cuántica, sin decaimiento medible a lo largo de 32 ciclos de corrección de errores.
El código Tesseract permite una mayor detección de errores, y se espera que esto se traduzca en beneficios adicionales de QEC a medida que se añadan más modos al sistema.
"La cantidad de cúbits físicos dedicados a la corrección de errores cuánticos siempre ha representado un gran desafío", afirmó Julien Camirand-Lemyre, director ejecutivo de Nord Quantique. "Usar cúbits físicos para crear redundancia hace el sistema grande, ineficiente y complejo, aumentando también los requisitos energéticos".
"La codificación multimodo nos permite construir computadoras cuánticas con excelentes capacidades de corrección de errores, pero sin el impedimento de todos esos cúbits físicos", añadió. Sus máquinas, además de prácticas, consumirán una fracción de la energía, un atractivo para centros de supercomputación (HPC).
El concepto central del enfoque multimodo se basa en el uso simultáneo de múltiples modos cuánticos para codificar cúbits individuales. Cada modo representa una frecuencia de resonancia diferente dentro de una cavidad de aluminio, ofreciendo redundancia adicional que protege la información cuántica.
Además, el número de fotones que pueblan cada modo también puede incrementarse para una mayor protección, ampliando aún más las capacidades de QEC. Este avance permite ahora una mayor capacidad de corrección y detección de errores manteniendo estático el número de cúbits físicos.
A medida que estos sistemas escalen, esto podría llevar a una proporción de cavidades físicas a cúbits lógicos de casi 1:1. La codificación multimodo representa así una vía hacia una QEC de mayor rendimiento sin aumentar el tamaño físico del sistema.
Esta estrategia de codificación también ofrece beneficios adicionales que se acumulan con la escala, abriendo nuevas vías para la computación cuántica tolerante a fallos. Por ejemplo, reduce el impacto de errores de desintegración auxiliar y mejora la vida útil lógica.
Desde una perspectiva de eficiencia, Nord Quantique proyecta que una computadora cuántica con más de 1000 cúbits lógicos ocuparía apenas unos 20 metros cuadrados. En términos de costes energéticos, citan el ejemplo del problema RSA-830: estiman resolverlo en una hora con un consumo de 120 kWh, frente a los 280.000 kWh que requeriría la supercomputación clásica durante 9 días.
Yvonne Gao, profesora de la Universidad Nacional de Singapur e investigadora principal del Centro de Tecnologías Cuánticas, se mostró impresionada. "Su enfoque de codificación de cúbits lógicos en estados multimodo de Tesseract es un método muy eficaz para abordar la corrección de errores", afirmó, calificando los resultados como un "importante avance".
Gracias a este hito científico, Nord Quantique asegura tener ahora un camino claro para lograr la tolerancia a fallos a escala de servicio público. El equipo continuará mejorando sus resultados aprovechando sistemas con modos adicionales.
La compañía espera que sus primeras computadoras cuánticas a escala de servicio público, con más de cien cúbits lógicos, estén disponibles para el año 2029.
Fuente: Información publicada en la revista científica Nord Quantique
