Una nueva clase de códigos LDPC permite escalar las computadoras cuánticas a escala de millones de qubits
Científicos desarrollan códigos que acercan la computación cuántica a la realidad.
Los científicos del Instituto de Ciencia de Tokio anunciaron un avance importante en corrección de errores cuánticos que puede acercar la creación de una computadora cuántica escalable.
El equipo desarrolló una nueva clase de códigos de corrección de errores cuánticos — los códigos LDPC (de comprobación de paridad de baja densidad) — que funcionan casi al nivel del límite teórico de eficiencia conocido como hashing bound.
«Nuestro código tiene una tasa superior a 1/2 y está diseñado para cientos de miles de qubits lógicos», — explicó el autor principal del proyecto, el profesor asociado Kenta Kasai. Según él, la complejidad de la decodificación es directamente proporcional al número de qubits físicos, lo que es un logro clave para la escalabilidad de los sistemas cuánticos.
Las computadoras cuánticas se consideran desde hace tiempo una herramienta para resolver problemas de química cuántica, criptografía y optimización; sin embargo, su desarrollo se ve frenado por la inestabilidad de los qubits. Normalmente, un qubit lógico requiere miles de qubits físicos, y las operaciones están sujetas a tasas de error elevadas.
Los nuevos códigos LDPC permiten reducir la redundancia: se emplean menos qubits físicos para construir uno lógico. Esto aumenta la eficiencia y abre el camino a la creación de millones de qubits lógicos, lo que es necesario para resolver tareas prácticas.
Para lograr este resultado, los científicos usaron códigos LDPC protográficos y aplicaron permutaciones afines, que hacen la estructura del código más diversa y eliminan los cuellos de botella en la decodificación. En lugar de la aritmética binaria clásica, emplearon aritmética no binaria, lo que permitió transmitir más información y aumentar la precisión.
A continuación los códigos fueron transformados al formato CSS (Calderbank-Shor-Steane), uno de los más habituales en corrección de errores cuánticos. Para corregir fallos, el equipo aplicó un algoritmo modificado de suma-producto, capaz de procesar simultáneamente dos tipos de errores: de bit (X) y de fase (Z).
Incluso a escala de cientos de miles de qubits, el nivel de errores se mantuvo extremadamente bajo — del orden de 10⁻⁴. Esto se acerca al límite establecido por la teoría, lo que convierte el resultado en algo especialmente significativo.
«Nuestros códigos pueden permitir que las computadoras cuánticas escalen hasta millones de qubits lógicos», — señaló Kasai en EurekAlert. Subrayó que esto aumentará la fiabilidad y la escalabilidad de los sistemas cuánticos y será la base para la aplicación práctica.
Los resultados del estudio fueron publicados en la revista npj Quantum Information. Los autores consideran que esto es un paso hacia la creación de cálculos cuánticos tolerantes a fallos, capaces de beneficiar a múltiples áreas — desde la ciencia hasta la industria.