Por Canuto  

Una técnica de retroalimentación en tiempo real permitió identificar cuál de dos frecuencias de resonancia tenía activa un qubit superconductor y adaptar sus señales de control. En el experimento, la tasa de error promedio bajó de 0,14% a 0,065%.

***

  • El método agrega una medición antes de las operaciones cuánticas para detectar la frecuencia activa del qubit y ajustar su control.
  • La tasa de error promedio cayó de 0,14% a 0,065%, una reducción aproximada del 54%; frente al mayor error observado sin ajuste, llegó al 77%.
  • La técnica requiere frecuencias conocidas y suficientemente distintas, además de estabilidad temporal para aplicar los cambios de control.

 

 

Una medición adicional antes de ejecutar operaciones cuánticas permitió reducir de forma notable los errores de un qubit superconductor, según un experimento de investigadores de la Universidad de Ratisbona y colaboradores internacionales. El equipo usó la información obtenida para adaptar en tiempo real las señales que controlaban el dispositivo, y registró una caída de la tasa de error promedio de 0,14% a 0,065%.

El resultado no elimina las fuentes de inestabilidad que afectan a los procesadores cuánticos, pero apunta a una manera de responder a una de ellas sin esperar a que el qubit permanezca siempre en las mismas condiciones. El trabajo, publicado en Applied Physics Reviews con el título Operating a Bistable Qubit, también plantea una posible herramienta para estabilizar dispositivos cuando las computadoras cuánticas incorporen muchos más qubits.

Por qué una frecuencia cambiante afecta al qubit

Un qubit es la unidad básica de información de una computadora cuántica, aunque su funcionamiento físico difiere del bit convencional, que representa un 0 o un 1. En este experimento, los investigadores trabajaron con un circuito eléctrico superconductor diminuto, fabricado en un chip y controlado mediante señales de microondas.

El desafío surgía porque la frecuencia de resonancia del dispositivo cambiaba de manera incontrolable entre dos valores conocidos. Esa frecuencia determina qué señales de microondas permiten aplicar operaciones con precisión; cuando se modifica, las señales que antes funcionaban dejan de coincidir de forma adecuada con el comportamiento del qubit.

La Universidad de Ratisbona explicó que el cambio no significaba que el qubit alternara entre dos estados computacionales. Se trataba, en cambio, de dos posibles propiedades de resonancia de un mismo dispositivo físico, que podía seguir ocupando los estados cuánticos necesarios para computar en cualquiera de esas condiciones.

Los investigadores atribuyeron el desplazamiento de frecuencia a interacciones entre el qubit y pequeños defectos presentes en el material. La situación puede entenderse con la imagen de un instrumento desafinado: si cambia su afinación, los mismos movimientos ya no producen las notas esperadas, y las operaciones de control dejan de ser igual de precisas.

Una medición que alimenta el control en tiempo real

La propuesta del equipo consiste en identificar cuál de las dos frecuencias está activa antes de ejecutar una secuencia de operaciones cuánticas. Para hacerlo, prepara el qubit en un estado, lo deja evolucionar brevemente y luego realiza una medición cuyo resultado permite distinguir entre las dos posibilidades.

Con esa lectura, el sistema actualiza las señales de control que utilizará a continuación. El enfoque se conoce como retroalimentación porque la información obtenida al medir el dispositivo vuelve directamente al proceso que lo controla, en lugar de limitarse a registrarse para un análisis posterior.

Estudios previos ya habían mostrado que era posible diferenciar las dos frecuencias de este tipo de qubit. El avance del nuevo trabajo, según sus autores, fue usar esa información en tiempo real para optimizar el control y comprobar experimentalmente que la adaptación podía traducirse en menos errores durante las operaciones.

Las pruebas utilizaron un circuito cuántico superconductor en el Centro Israelí de Computación Cuántica. El equipo procesó los datos de medición en tiempo real y actualizó de inmediato las señales, lo que permitió comparar el funcionamiento del qubit con la retroalimentación activa y sin ella.

La tasa de error cayó de 0,14% a 0,065%

Sin el ajuste, la calidad de las operaciones cuánticas fluctuaba de forma considerable con el tiempo, de acuerdo con los resultados del experimento. Cuando el equipo activó la retroalimentación, el qubit operó de manera más consistente y alcanzó una fidelidad alta, con una tasa de error promedio de 0,065%.

La comparación con el promedio registrado sin retroalimentación muestra la magnitud del cambio: la tasa pasó de aproximadamente 0,14% a 0,065%. Los investigadores calcularon que esa diferencia equivale a una reducción cercana al 54%, una mejora que atribuyeron al ajuste de las señales según la frecuencia activa.

El equipo también comparó el resultado con el mayor error observado cuando el qubit funcionaba sin retroalimentación. Bajo esa referencia, la disminución llegó al 77%, aunque esa cifra no describe la reducción frente al promedio, sino frente al peor valor registrado en las pruebas sin ajuste.

La distinción entre ambas comparaciones importa para interpretar el alcance del resultado: la reducción promedio fue de alrededor del 54%, mientras que el 77% corresponde a un escenario de error máximo observado. En ambos casos, el experimento muestra que reconocer el estado de resonancia y adaptar el control puede mejorar la fiabilidad de ese qubit bajo las condiciones estudiadas.

Alcance y límites para escalar la computación cuántica

El método todavía depende de condiciones específicas: las frecuencias posibles deben conocerse de antemano y diferenciarse lo suficiente para que la medición pueda identificarlas. Además, la frecuencia activa debe mantenerse estable durante el tiempo necesario para que las señales actualizadas surtan efecto.

Ferdinand Kuemmeth, profesor de Física Experimental en la Universidad de Ratisbona y profesor afiliado al Instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhague, dirigió el estudio. Reconoció que el resultado puede parecer una demostración de principio con utilidad práctica limitada, pero sostuvo que la estrategia podría ganar valor a medida que las computadoras cuánticas aumenten su escala.

Kuemmeth vinculó ese posible uso futuro con la necesidad de operar millones de qubits casi perfectos, en sistemas donde algunos todavía podrían interactuar con los pocos defectos materiales que persistan. También indicó que el equipo ya desarrolló métodos para detectar de forma automática y eficiente frecuencias de qubits desconocidas, aunque el experimento descrito se centró en dos frecuencias conocidas.

Fabrizio Berritta, investigador posdoctoral Marie Skłodowska-Curie de la Universidad de Ratisbona y miembro del grupo de Sistemas Cuánticos de Ingeniería del MIT, operó de forma remota el hardware desde su oficina en esa institución. Berritta sostuvo que escalar las computadoras actuales a muchos más qubits sin deteriorar su rendimiento exige un control eficiente, autónomo y en tiempo real; su trabajo se enfoca también en corrección adaptativa de errores y calibración de qubits.

El estudio reunió a investigadores de la Universidad de Ratisbona, la Universidad de Leiden y la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología, además de contar con socios industriales de Quantum Machines y Qolab. Sus autores presentan la retroalimentación como una vía para mitigar efectos de defectos inevitables, automatizar la estabilización de qubits y facilitar el escalamiento, no como una solución que por sí sola elimine todos los errores de los procesadores cuánticos.

Imagen original de DiarioBitcoin, creada con inteligencia artificial, de uso libre, licenciada bajo Dominio Público

Este artículo fue escrito por un redactor de contenido de IA




ADVERTENCIA: DiarioBitcoin ofrece contenido informativo y educativo sobre diversos temas, incluyendo criptomonedas, IA, tecnología y regulaciones. No brindamos asesoramiento financiero. Las inversiones en criptoactivos son de alto riesgo y pueden no ser adecuadas para todos. Investigue, consulte a un experto y verifique la legislación aplicable antes de invertir. Podría perder todo su capital.

Suscríbete a nuestro boletín

Artículos Relacionados