Harvard presenta el primer procesador cuántico lógico del mundo.

Investigadores de Harvard han logrado un hito importante en la computación cuántica al desarrollar un procesador cuántico lógico que es programable, capaz de codificar 48 qubits lógicos y realizar cientos de operaciones de puerta lógica. Este desarrollo, la primera demostración real de un algoritmo a gran escala que se ejecuta en una computadora cuántica sin errores, está siendo elogiado como potencialmente revolucionario en este campo.

El nuevo procesador cuántico lógico de Harvard tiene 48 qubits lógicos y ejecuta con éxito algoritmos a gran escala en un sistema corregido de errores. Liderado por Mikhail Lukin, este desarrollo es un paso significativo en la dirección de computadoras cuánticas prácticas y tolerantes a fallas.

Una unidad de información en la computación cuántica se identifica como un "qubit" o bit cuántico, similar a un bit binario en la computación tradicional. Durante más de 20 años, físicos e ingenieros han demostrado la viabilidad de la computación cuántica que han manipulado partículas cuánticas, como átomos, iones o fotones, para generar qubits físicos.

Sin embargo, el proceso de explotar las peculiaridades de la mecánica cuántica para la computación es más complejo que simplemente acumular una gran cantidad de qubits físicos, que son inherentemente inestables y propensos a salir de sus estados cuánticos.

La computación cuántica verdaderamente funcional se basa en los llamados qubits lógicos. Se trata de grupos redundantes de qubits físicos con corrección de errores que pueden almacenar información para su uso en un algoritmo cuántico. Crear qubits lógicos que puedan controlarse como bits clásicos ha sido un gran desafío para este campo, y existe un amplio consenso en que las tecnologías no podrán despegar hasta que los qubits lógicos puedan utilizarse de manera confiable en computadoras cuánticas. Actualmente, los sistemas informáticos más avanzados han logrado uno o dos qubits lógicos y una única operación de puerta cuántica similar a una única unidad de código.

Un equipo de investigadores de Harvard dirigido por el experto cuántico Mikhail Lukin ha logrado grandes avances en la computación cuántica. Como primer autor del artículo, Dolev Bluvstein, Ph.D. estudiante en el laboratorio de Lukin, fue un contribuyente crucial al avance.

El equipo ahora ha sido pionero en un hito importante hacia el logro de una computación cuántica estable y escalable mediante un procesador cuántico lógico programado que es capaz de codificar hasta 48 qubits lógicos y realizar cientos de operaciones de puerta lógica. Su sistema señala el inicio de una computación cuántica temprana, tolerante a fallas o consistentemente ininterrumpida, lo que marca la primera demostración de ejecución de algoritmos a gran escala en una computadora cuántica libre de errores.

La investigación se llevó a cabo en colaboración con Markus Greiner, profesor de Física George Vasmer Leverett, colegas del MIT y QuEra Computing, una empresa con sede en Boston. Las innovaciones diseñadas en el grupo de Lukin han dado lugar a un acuerdo de licencia con QuEra, dependiente de la Oficina de Desarrollo Tecnológico de Harvard. Los conceptos de corrección de errores cuánticos y tolerancia a fallas teorizados durante mucho tiempo están comenzando a demostrar su éxito, lo que lleva a un posible punto de inflexión similar a las primeras etapas de la inteligencia artificial.

Lukin cree que este es un momento decisivo en la computación cuántica que podría presagiar desarrollos muy especiales en este campo. A pesar de los desafíos actuales, se espera que este último logro estimule el progreso de las computadoras cuánticas prácticas a gran escala.

Este logro histórico se produce después de años de trabajo en la arquitectura de computación cuántica conocida como matriz de átomos neutros. Esta arquitectura, pionera en el laboratorio de Lukin, ahora está siendo comercializada por QuEra. Se basa en un bloque de átomos de rubidio suspendidos ultrafríos, y los átomos, que sirven como qubits físicos del sistema, son capaces de moverse y emparejarse en mitad del cálculo. Estos pares de átomos entrelazados forman puertas y representan unidades de potencia informática. Anteriormente, el equipo demostró bajas tasas de error en sus operaciones de entrelazado, consolidando la confiabilidad de su sistema de matriz de átomos neutros.

Según Denise Caldwell, subdirectora interina de la Dirección de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Fundación Nacional de Ciencias, el avance es un testimonio de la habilidad de las capacidades de diseño e ingeniería cuántica del equipo. Caldwell cree que el desarrollo no sólo acelerará el progreso en el procesamiento de información cuántica utilizando átomos neutros, sino que también ayudará a explorar dispositivos qubit lógicos a gran escala que encierran beneficios potenciales transformadores para la ciencia y la sociedad en su conjunto.

Con su procesador cuántico lógico, los investigadores ahora demuestran el control multiplexado paralelo de un parche completo de qubits lógicos, utilizando láseres. Este resultado es más eficiente y escalable que tener que controlar qubits físicos individuales.

"Estamos tratando de marcar una transición en el campo, hacia comenzar a probar algoritmos con qubits con corrección de errores en lugar de físicos, y permitir un camino hacia dispositivos más grandes", dijo el primer autor del artículo, Dolev Bluvstein, de la Escuela Griffin de Artes y Ciencias. Doctor. estudiante en el laboratorio de Lukin.

El equipo continuará trabajando para demostrar más tipos de operaciones en sus 48 qubits lógicos y para configurar su sistema para que funcione de manera continua, en lugar de realizar ciclos manuales como lo hace ahora.