Un equipo de físicos de la Universidad de Oxford ha establecido un nuevo récord mundial en la precisión del control de un solo bit cuántico, logrando la tasa de error más baja jamás registrada en una operación lógica cuántica: solo el 0.000015%, es decir, un error en 6.7 millones de operaciones. Este avance representa una mejora casi de un orden de magnitud respecto al anterior récord, también establecido por el mismo grupo de investigación hace una década.
Para poner en perspectiva este resultado, es más probable que una persona sea alcanzada por un rayo en un año (1 en 1.2 millones) que que una de las puertas lógicas cuánticas de Oxford cometa un error. Los hallazgos, que se publicarán en Physical Review Letters, son un paso significativo hacia la creación de ordenadores cuánticos robustos y útiles.
El profesor David Lucas, coautor del artículo, destacó la importancia de este avance: «Hasta donde sabemos, esta es la operación de qubit más precisa jamás registrada en el mundo. Es un paso importante hacia la construcción de ordenadores cuánticos prácticos que puedan abordar problemas del mundo real».
Implicaciones del avance en la computación cuántica
Para realizar cálculos útiles en un ordenador cuántico, se necesitará ejecutar millones de operaciones a través de muchos qubits. Si la tasa de error es demasiado alta, el resultado final del cálculo será irrelevante. Aunque se puede utilizar la corrección de errores para subsanar equivocaciones, esto implica requerir muchos más qubits, lo que incrementa los costos y el tamaño del ordenador cuántico. Al reducir el error, el nuevo método disminuye la cantidad de qubits necesarios, lo que a su vez reduce el costo y las dimensiones del dispositivo.
Molly Smith, coautora principal y estudiante de posgrado en el Departamento de Física de la Universidad de Oxford, explicó que «al reducir drásticamente la probabilidad de error, este trabajo reduce significativamente la infraestructura necesaria para la corrección de errores, abriendo el camino para que los futuros ordenadores cuánticos sean más pequeños, rápidos y eficientes. El control preciso de los qubits también será útil para otras tecnologías cuánticas, como relojes y sensores cuánticos».
Este nivel de precisión sin precedentes se logró utilizando un ion de calcio atrapado como qubit. Estos iones son una opción natural para almacenar información cuántica debido a su larga vida útil y robustez. A diferencia del enfoque convencional, que utiliza láseres, el equipo de Oxford controló el estado cuántico de los iones de calcio mediante señales electrónicas (microondas). Este método ofrece mayor estabilidad que el control láser y presenta otros beneficios para la construcción de un ordenador cuántico práctico, como la reducción de costos y la robustez, además de ser más fácil de integrar en chips de atrapamiento de iones. Lo más notable es que el experimento se realizó a temperatura ambiente y sin blindaje magnético, simplificando así los requisitos técnicos para un ordenador cuántico funcional.
El anterior mejor registro de la tasa de error de un solo qubit, también logrado por el equipo de Oxford en 2014, fue de 1 en 1 millón. La experiencia del grupo condujo al lanzamiento de la empresa derivada Oxford Ionics en 2019, que se ha convertido en un líder consolidado en plataformas de qubits de iones atrapados de alto rendimiento.
A pesar de que este resultado récord marca un hito importante, el equipo de investigación advierte que se enfrenta a un desafío mayor. La computación cuántica requiere que las puertas de uno y dos qubits funcionen juntas. Actualmente, las puertas de dos qubits presentan tasas de error significativamente más altas, alrededor de 1 en 2000 en las mejores demostraciones hasta la fecha, por lo que reducir estas tasas será crucial para construir máquinas cuánticas completamente tolerantes a fallos.
Los experimentos se llevaron a cabo en el Departamento de Física de la Universidad de Oxford por Molly Smith, Aaron Leu, el Dr. Mario Gely y el profesor David Lucas, junto con el investigador visitante Dr. Koichiro Miyanishi, del Centro de Información Cuántica y Biología Cuántica de la Universidad de Osaka. Los científicos de Oxford forman parte del Centro de Computación Cuántica y Simulación (QCS) del Reino Unido, que es parte del Programa Nacional de Tecnologías Cuánticas del Reino Unido.
