Yale lidera una iniciativa de cinco años respaldada por la National Science Foundation y dotada con 37,5 millones de dólares para abordar la corrección de errores cuánticos, una barrera central para la computación cuántica fiable. El nuevo NSF Quantum Leap Challenge Institute for Physics and Engineering of Practical Quantum Error Correction, conocido como NSF PRACTIQAL, reúne a investigadores de distintas disciplinas y universidades para desarrollar una vía hacia computadoras cuánticas prácticas a escala industrial. El trabajo es importante porque las máquinas cuánticas deben identificar y corregir errores más rápido de lo que ocurren para ser lo bastante fiables para su uso en el mundo real. .
Datos clave
- La subvención de la NSF suma 37,5 millones de dólares y financia un proyecto de cinco años dirigido por Yale.
- NSF PRACTIQAL abordará la corrección de errores cuánticos desde los cúbits físicos y la electrónica de control hasta los algoritmos.
- El centro se centrará en escalar máquinas con corrección de errores y en los «cúbits de borrado», diseñados para señalar dónde y cuándo ocurrió un error.
- La ayuda es una de las ocho subvenciones NSF Quantum Leap Challenge Institute destinadas a grandes centros de investigación interdisciplinaria.
Qué significa para investigadores y universidades
Para los investigadores y las universidades participantes, NSF PRACTIQAL crea un programa coordinado que abarca física, ingeniería, informática y química. En vez de tratar el hardware, los códigos de corrección de errores y los algoritmos como problemas separados, el centro busca optimizarlos conjuntamente, con el objetivo de hacer más alcanzables, eficientes y prácticas las sistemas cuánticos tolerantes a fallos.
Entre el profesorado de Yale participante se encuentran Robert Schoelkopf y Michael Hatridge, junto con Yongshan Ding, Lin Zhong, Aleksander Kubica, Shruti Puri, Steven Girvin, Konrad Lehnert y Victor Batista. El instituto también incluye universidades asociadas, socios industriales y un consejo asesor externo destinado a mantener su investigación pertinente para la comunidad más amplia de computación cuántica.
¿Por qué la corrección de errores cuánticos es el desafío central del proyecto?
La corrección de errores cuánticos es fundamental porque los cúbits son frágiles: el ruido y otros factores ambientales pueden alterar sus estados cuánticos. Por ello, una máquina práctica necesita detectar y corregir los errores antes de que surjan. NSF PRACTIQAL está diseñado para investigar la ciencia y la ingeniería necesarias para que ese proceso sea más eficiente y viable en sistemas mayores.
La información de la computación convencional se representa mediante unos y ceros robustos, mientras que los cúbits son considerablemente más susceptibles a los errores. Esta diferencia ha convertido la fiabilidad en un obstáculo importante para la computación cuántica, pese a su potencial para abordar problemas casi imposibles para las computadoras clásicas, incluidas posibles aplicaciones en ciencia de materiales y diseño de fármacos.
«Hoy, la corrección de errores es el principal desafío científico y de ingeniería para que la computación cuántica sea útil», afirmó Robert Schoelkopf, director del centro y Sterling Professor of Applied Physics.
Cómo prevé NSF PRACTIQAL conectar la pila de computación cuántica
El enfoque del centro consiste en trabajar en todos los niveles de una computadora cuántica. Sus investigadores estudiarán los cúbits físicos y la electrónica de control, así como los códigos y algoritmos utilizados para operar una máquina. El objetivo es asegurar que el hardware y el software estén diseñados para ejecutar tipos de código compatibles, mejorando la eficiencia y reduciendo la susceptibilidad a errores.
Una prioridad de investigación es identificar los problemas que han ralentizado el escalado de las máquinas con corrección de errores. Una segunda es explorar los cúbits de borrado, que fueron desarrollados inicialmente por integrantes del equipo de PRACTIQAL. Estos cúbits especialmente diseñados actúan como señales que identifican la ubicación y el momento de un error, un enfoque que el instituto examinará para hacer más práctica la corrección de errores.
Michael Hatridge, codirector de PRACTIQAL y profesor asociado de física aplicada, afirmó que gran parte del trabajo previo se ha centrado en máquinas muy pequeñas optimizadas para la corrección de errores. El objetivo del grupo es acortar el camino hacia computadoras cuánticas a gran escala con corrección de errores, demostrando ideas y trazando una ruta para sistemas mayores, en lugar de construir por sí mismo un sistema gigante.
Qué pretende lograr la iniciativa de cinco años
Al final del proyecto de cinco años, los investigadores esperan haber desarrollado una vía hacia computadoras prácticas con corrección de errores a escala industrial. La función del instituto es coordinar conocimientos especializados que con frecuencia se concentran en componentes individuales y aplicarlos al diseño optimizado de una máquina completa.
La subvención de la NSF es una de las ocho ayudas para los Quantum Leap Challenge Institutes, grandes centros interdisciplinarios que afrontan desafíos importantes de la ciencia y la tecnología de la información cuántica. Para Yale y sus colaboradores, la subvención respalda un esfuerzo por conectar la investigación fundamental sobre errores en dispositivos cuánticos con las decisiones de hardware y software necesarias para obtener máquinas fiables.
Preguntas frecuentes
¿Qué es NSF PRACTIQAL?
NSF PRACTIQAL es el NSF Quantum Leap Challenge Institute for Physics and Engineering of Practical Quantum Error Correction. Dirigido por Yale, es un centro de cinco años y 37,5 millones de dólares que reúne a informáticos, químicos, físicos e ingenieros para impulsar la computación cuántica a gran escala con corrección de errores.
¿Qué son los cúbits de borrado?
Los cúbits de borrado son cúbits especialmente diseñados que señalan exactamente dónde y cuándo se ha producido un error. NSF PRACTIQAL explorará su uso como parte de su trabajo para hacer más práctica y eficiente la corrección de errores cuánticos.
