Demostración de la cirugía de retícula impulsa la computación cuántica tolerante a fallos

Un equipo de científicos, liderado por investigadores de ETH Zurich, demostró recientemente una forma de entrelazar bits cuánticos mediante cirugía de retícula. El proceso permite a los ingenieros crear computadoras cuánticas más potentes, ampliando las ya impresionantes capacidades de estos dispositivos y abriendo la puerta a su adopción futura. Aquí está lo que necesitas saber.

¿Qué hace que las computadoras cuánticas sean fundamentalmente diferentes

Muchas personas ven a las computadoras cuánticas como el siguiente paso en la evolución de las computadoras. Estos dispositivos pueden ofrecer miles de veces más potencia de cálculo, lo que los hace ideales para cálculos científicos complejos y más.
Las computadoras cuánticas han demostrado ser mucho más poderosas que las computadoras tradicionales. Superan a los dispositivos tradicionales porque se basan en qubits, superposición, entrelazamiento e interferencia para procesar información. Esta estructura permite el procesamiento de millones de cálculos en paralelo.

Por qué la corrección de errores cuánticos es el cuello de botella principal

Sin embargo, cuando se trata de almacenar datos cuánticos, es mucho más difícil que con bits tradicionales, que pueden duplicarse y almacenarse. Al recuperarlos, las copias pueden compararse para asegurar que los datos no estén corruptos.
La corrección de errores cuánticos es mucho más complicada por varias razones. En primer lugar, los qubits cuánticos no pueden copiarse de la misma manera que los bits tradicionales. En su lugar, dependen de estados entrelazados creados entre qubits. Este estado frágil puede destruirse fácilmente.

Inversiones de bits y de fase

Además, las computadoras cuánticas deben lidiar con la decoherencia y los cambios de fase. Las computadoras cuánticas son únicas porque los qubits pueden cambiar repentinamente y sin advertencia su fase de positiva a negativa. Este problema ha dificultado el almacenamiento de datos cuánticos durante períodos prolongados.

Cómo los ingenieros solucionan este problema

Existen varias formas en que los ingenieros han intentado corregir estos desplazamientos cuánticos. Un método popular es crear un qubit lógico a partir de varios otros qubits. Una vez creado, los ingenieros aplican constantemente corrección de errores para garantizar la precisión.

Este proceso requiere que los científicos midan constantemente el estado de estabilizadores diseñados específicamente. Estos estabilizadores permiten a los ingenieros monitorear cualquier cambio en el qubit sin alterar su valor. Logran esta tarea proporcionando lecturas rastreables de bits y fase.

Este proceso crea qubits de datos. Estos qubits sirven para almacenar el estado de corrección. Surgen problemas porque la mayoría de las computadoras cuánticas dependen de matrices bidimensionales de qubits superconductores.

Estos qubits permanecen fijos en el espacio y no pueden moverse sin dañar el estado cuántico. Los estabilizadores ayudan a mantener la estabilidad. Sin embargo, solo pueden trabajar con qubits que están adyacentes entre sí, lo que significa que son ideales únicamente para aplicaciones de qubits bidimensionales y su uso es muy limitado.

Estudio de la cirugía de retícula en bits cuánticos

Buscando mejorar las capacidades de la computación cuántica, científicos de ETH Zurich y del Instituto Paul Scherrer publicaron el estudio “Lattice surgery realized on two distance-three repetition codes with superconducting qubits”¹ en Nature Physics.
El artículo introduce una nueva metodología para el entrelazamiento cuántico y los estabilizadores. Su nuevo enfoque permite a las computadoras cuánticas realizar operaciones cuánticas entre qubits lógicos superconductores mientras ejecutan corrección de errores en tiempo real.

¿Qué es la cirugía de retícula en la computación cuántica?

En el núcleo de este nuevo desarrollo está la cirugía de retícula. La cirugía de retícula une códigos topológicos entre qubits lógicos. Este enfoque soporta disposiciones de qubits 2D junto con operaciones de puertas tolerantes a fallos.

Mediante el uso de la cirugía de retícula, los ingenieros pudieron aplicar puertas lógicas entre qubits codificados incluso cuando no estaban ubicados uno al lado del otro. Esta estrategia evita el contacto directo entre qubits, reduciendo errores por decoherencia.

La cirugía de retícula se basa en el uso de parches, que son qubits con estabilizadores aplicados. El proceso une temporalmente estas puertas, permitiendo verificaciones de paridad y un espacio de código más amplio para el procesamiento. Cabe destacar que este trabajo representa una de las primeras demostraciones experimentales de cirugía de retícula realizada entre qubits lógicos codificados usando hardware de código de superficie superconductora, manteniendo la corrección de errores en tiempo real durante la operación.

Cómo se llevó a cabo el experimento de cirugía de retícula

Los ingenieros realizaron varias pruebas para asegurar que sus cálculos fueran correctos. Primero, el equipo creó un dispositivo cuántico. La puerta lógica estaba compuesta por 17 qubits superconductores dispuestos en forma de un cuadrado aproximado.

Después de entrelazar dos, los ingenieros se centraron en las operaciones de división. Para ello, codificaron los qubits lógicos con repeticiones de inversión de bits. Luego monitorearon los resultados de los estabilizadores cada 1,66 microsegundos mientras también realizaban correcciones de inversión de bits y de fase.

El método divide el cuadrado del código de superficie en mitades, facilitando su seguimiento y prueba. Notablemente, los resultados de la prueba demostraron que sus teorías eran correctas.

Cirugía de retícula en bits cuánticos – Resultados de la prueba

Los ingenieros observaron que los errores de inversión de bits se corrigieron en tiempo real. Registraron una mejora respecto a circuitos no codificados bajo el mismo proceso, con el resultado de que los ingenieros lograron crear dos qubits lógicos entrelazados entre sí.

Beneficios de la cirugía de retícula en bits cuánticos

Este estudio aporta muchos beneficios al mercado. En primer lugar, abre la puerta a computadoras cuánticas más potentes y precisas. La capacidad de reducir y codificar la tolerancia a fallos y las correcciones en estos dispositivos permitirá que futuras iteraciones ofrezcan mayor rendimiento y estabilidad.

Cirugía de retícula en bits cuánticos: aplicaciones del mundo real y cronograma

Existen varias aplicaciones para este trabajo. Principalmente, esta investigación ayudará a expandir y mejorar el incipiente sector de computación cuántica. Proporciona un nuevo nivel de estabilidad a estos dispositivos, permitiendo a los ingenieros crear unidades más potentes que dependan de aún más qubits para impulsar sus operaciones.

Cronograma de la cirugía de retícula en bits cuánticos

Según los ingenieros, aún queda mucho trabajo por hacer antes de que esta tecnología esté lista y se aplique a los dispositivos cuánticos avanzados de hoy. Sin embargo, se puede esperar que esta tecnología se aplique al sector en los próximos 7-10 años, junto con una mayor adopción de computadoras cuánticas.

Cirugía de retícula en bits cuánticos: investigadores

Investigadores de varias instituciones prominentes participaron en este estudio. Específicamente, el profesor Andreas Wallraff del D-PHYS lideró el artículo de investigación, mientras que el profesor Markus Müller de la RWTH Aachen University y del Forschungszentrum Jülich co‑autoraron el trabajo.
El artículo también enumera a Ilya Besedin, Michael Kerschbaum, Jonathan Knoll, Ian Hesner, Lukas Bödeker, Luis Colmenarez, Luca Hofele, Nathan Lacroix, Christoph Hellings, François Swiadek, Alexander Flasby, Mohsen Bahrami Panah y Dante Colao Zanuz como colaboradores.

Futuro de la cirugía de retícula en bits cuánticos

El futuro de esta tecnología es prometedor. El objetivo es integrarla con otros avances recientes para ayudar a los ingenieros a lograr su meta general de construir computadoras cuánticas útiles que dependan de miles de qubits en lugar de decenas.

Invertir en innovación cuántica

El sector de la computación cuántica está dominado por varias firmas de investigación que han invertido millones en la tecnología. Estos grupos continúan profundizando en esta tecnología con un espíritu innovador, ayudando a descubrir enfoques que antes se consideraban imposibles. Aquí hay una empresa que ha contribuido a fomentar futuros desarrollos y adopción.

Rigetti Computing

Rigetti Computing (RGTI ) fue fundada en 2013 por Chad Rigetti con el objetivo específico de construir las computadoras cuánticas más potentes del mundo utilizando tecnología de qubits superconductores. A diferencia de IonQ, que utiliza iones atrapados, el enfoque de Rigetti en circuitos superconductores se alinea más estrechamente con la investigación de ETH Zurich que involucra cirugía de retícula en qubits lógicos superconductores.
En 2018, Rigetti demostró un chip de 128 qubits, y la empresa ha sido pionera en el desarrollo de la computación cuántica “Full‑Stack”. Esto incluye la instalación Fab‑1, la primera fundición cuántica dedicada del mundo, donde diseñan y fabrican sus propios procesadores cuánticos.

Rigetti ha logrado avances significativos en la computación cuántica‑clásica híbrida. Su plataforma Quantum Cloud Services (QCS) integra procesadores cuánticos con infraestructura clásica de alto rendimiento, una necesidad para la corrección de errores en tiempo real discutida en la investigación actual. En 2021, Rigetti se hizo pública mediante una fusión con Supernova Partners Acquisition Company II, cotizando en NASDAQ.
Hoy, Rigetti está desarrollando activamente sus sistemas de clase Ankaa, que utilizan una retícula cuadrada de acopladores sintonizables. Esta arquitectura está diseñada específicamente para soportar el tipo de operaciones tolerantes a fallos y la codificación de qubits lógicos demostrada en el último estudio de ETH Zurich.

Últimas noticias y desempeño de Rigetti Computing (RGTI)

Cirugía de retícula en bits cuánticos | Conclusión

Las computadoras cuánticas prometen una potencia de cálculo sin igual, pero su fragilidad las ha vuelto demasiado caras para que la mayoría de las personas las usen o posean. Este último trabajo ayudará a estabilizar estos dispositivos, acercando al mundo un paso más a una opción asequible y confiable. Por esta razón y más, estos ingenieros merecen una ovación de pie.

Conoce otros avances en computación cuántica aquí.

Referencias

^{1. Besedin, I., Kerschbaum, M., Knoll, J., Hesner, I., Bödeker, L., Colmenarez, L., Hofele, L., Lacroix, N., Hellings, C., Swiadek, F., Flasby, A., Bahrami Panah, M., Colao Zanuz, D., Müller, M., & Wallraff, A. (2026). Cirugía de retícula realizada en dos códigos de repetición de distancia tres con qubits superconductores. Nature Physics, 1-6. https://doi.org/10.1038/s41567-025-03090-6}