Investigadores desarrollan un método para verificar cálculos cuánticos sin necesidad de ordenadores clásicos

Computadoras cuánticas научились решать задачи, которые уже не под силу обычным машинам, но вместе с преимуществом возникла новая проблема: как проверить ответ, если классический компьютер не способен повторить расчёт. Три группы специалистов при участии IBM показали разные способы подтвердить надёжность квантовых вычислений даже за пределами возможностей классических методов.

Los trabajos fueron preparados por especialistas de la Universidad de Chicago, las empresas Qedma y Algorithmiq, junto con IBM y otros socios. Antes, los cálculos cuánticos normalmente se verificaban en versiones simplificadas del problema que aún podían reproducirse en una computadora clásica. Luego los resultados se trasladaban a cálculos más complejos. Ese enfoque solo daba una evaluación indirecta, ya que el ruido y los errores podían comportarse de forma distinta al aumentar el número de qubits y la profundidad de los cálculos.

El equipo de IBM y la Universidad de Chicago propuso incorporar la verificación directamente en el cálculo cuántico. Los especialistas utilizaron un esquema con 70 qubits lógicos y añadieron qubits de control que vigilaban errores no solo entre los elementos individuales del sistema, sino también en diferentes etapas de ejecución del programa. Tras seleccionar los cálculos que pasaron las comprobaciones de coherencia, la tasa efectiva de errores de las operaciones cuánticas se redujo aproximadamente en un factor de 10.

El experimento se basó en circuitos Clifford, que una computadora clásica todavía puede modelar de forma eficiente. Luego los especialistas añadieron operaciones cuánticas del tipo T, lo que complicó drásticamente la tarea para los sistemas de cálculo convencionales, pero conservando los mecanismos de control integrados. Ese enfoque permitió determinar un límite inferior de precisión del resultado y confirmar la calidad del cálculo sin reproducirlo completamente de forma clásica.

Los especialistas de Qedma, del instituto japonés RIKEN y de la empresa BlueQubit investigaron cómo se comporta un sistema cuántico tras impulsos energéticos repetidos. En circuitos de hasta 74 qubits la computadora cuántica detectó oscilaciones sostenidas de magnetización que eludieron dos métodos clásicos avanzados que funcionaban en uno de los mayores superordenadores del mundo. En los regímenes más complejos, los cálculos clásicos también comenzaron a contradecirse entre sí.

Para comprobar el resultado, el equipo aplicó varios métodos independientes de supresión de errores en los sistemas cuánticos de IBM. Parte del experimento se repitió en equipo de Quantinuum y obtuvo datos similares. La coincidencia de resultados en distintos dispositivos y con diferentes métodos de corrección de errores aumentó la confianza de que la computadora cuántica registró un fenómeno físico real y no una falla fortuita.

Un tercer equipo de Algorithmiq desarrolló un algoritmo para evaluar cómo se propaga la información dentro de sistemas cuánticos heterogéneos. Los experimentos en 56 qubits alcanzaron una complejidad en la que tres de los principales grupos de modelado clásico obtuvieron predicciones incompatibles. Los resultados cuánticos también diferían de los clásicos, por lo que los especialistas se centraron no en reproducir la respuesta, sino en verificar el propio proceso de cálculo.

El mismo método de supresión de errores se aplicó en cinco configuraciones de computadoras cuánticas con distintos niveles de ruido. Todos los sistemas dieron resultados coherentes. Un método adicional y estricto permitió obtener estimaciones sin sesgo sistemático, indicar la magnitud del posible error y construir intervalos de confianza estadísticamente fundamentados.

Los autores no consideran que los nuevos experimentos sean una prueba definitiva del dominio incondicional de las computadoras cuánticas. Los resultados se añadieron al rastreador de ventaja cuántica, donde los especialistas comparan los cálculos cuánticos más prometedores con nuevos algoritmos clásicos. El principal logro de los tres trabajos fue que los cálculos pasaron de una simple superioridad en velocidad o complejidad a la capacidad de confirmar su propia fiabilidad incluso sin un referente clásico disponible.