08.09.2021 - Universität Wien

Los investigadores encuentran un modo de comprobar que los ordenadores cuánticos devuelven respuestas precisas

Los ordenadores cuánticos son cada vez más potentes, pero ¿cómo podemos estar seguros de que las respuestas que devuelven son exactas? Un equipo de físicos de Viena, Innsbruck, Oxford y Singapur resuelve este problema dejando que los ordenadores cuánticos se comprueben entre sí.

Los ordenadores cuánticos avanzan a gran velocidad y ya empiezan a superar los límites de los mayores superordenadores del mundo. Sin embargo, estos dispositivos son extremadamente sensibles a las influencias externas y, por tanto, propensos a errores que pueden cambiar el resultado del cálculo. Esto es especialmente difícil en el caso de los cálculos cuánticos, que están fuera del alcance de nuestros ordenadores clásicos de confianza, donde ya no podemos verificar los resultados de forma independiente a través de la simulación. "Para aprovechar al máximo los futuros ordenadores cuánticos para realizar cálculos críticos necesitamos una forma de garantizar que el resultado es correcto, aunque no podamos realizar el cálculo en cuestión por otros medios", afirma Chiara Greganti, de la Universidad de Viena.

Que los ordenadores cuánticos se comprueben entre sí

Para hacer frente a este reto, el equipo desarrolló e implementó un nuevo procedimiento de comprobación cruzada que permite verificar los resultados de un cálculo realizado en un dispositivo mediante un cálculo relacionado pero fundamentalmente diferente en otro dispositivo. "Pedimos a distintos ordenadores cuánticos que realicen cálculos diferentes de aspecto aleatorio", explica Martin Ringbauer, de la Universidad de Innsbruck. "Lo que los ordenadores cuánticos no saben es que hay una conexión oculta entre los cálculos que están realizando". Utilizando un modelo alternativo de computación cuántica que se basa en estructuras de grafos, el equipo es capaz de generar muchos cálculos diferentes a partir de una fuente común. "Aunque los resultados pueden parecer aleatorios y los cálculos son diferentes, hay ciertos resultados que deben coincidir si los dispositivos están funcionando correctamente".

Una técnica sencilla y eficaz

El equipo implementó su método en 5 ordenadores cuánticos actuales utilizando 4 tecnologías de hardware distintas: circuitos superconductores, iones atrapados, fotónica y resonancia magnética nuclear. Esto demuestra que el método funciona en el hardware actual sin ningún requisito especial. El equipo también demostró que la técnica podía utilizarse para contrastar un único dispositivo consigo mismo. Como los dos cálculos son tan diferentes, los dos resultados sólo coincidirán si también son correctos. Otra ventaja clave del nuevo enfoque es que los investigadores no tienen que mirar el resultado completo del cálculo, lo que puede llevar mucho tiempo. "Basta con comprobar la frecuencia con la que los distintos dispositivos coinciden en los casos en los que deberían hacerlo, lo que puede hacerse incluso con ordenadores cuánticos muy grandes", afirma Tommaso Demarie, de Entropica Labs, en Singapur. Con cada vez más ordenadores cuánticos disponibles, esta técnica puede ser clave para asegurarse de que hacen lo que se anuncia

El mundo académico y la industria se unen para que los ordenadores cuánticos sean fiables

La investigación destinada a hacer que los ordenadores cuánticos sean fiables es un esfuerzo conjunto de investigadores universitarios y expertos de la industria de la computación cuántica de múltiples empresas. "Esta estrecha colaboración entre el mundo académico y la industria es lo que hace que este trabajo sea único desde el punto de vista sociológico", afirma Joe Fitzsimons, de Horizon Quantum Computing, en Singapur. "Aunque hay un cambio progresivo con el paso de algunos investigadores a las empresas, siguen contribuyendo al esfuerzo común de hacer que la computación cuántica sea fiable y útil".

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