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

Un equipo de científicos, liderado por investigadores de ETH Zurich, demostró recientemente una forma de entrelazar bits cuánticos a través de la cirugía de retícula. El proceso permite a los ingenieros crear computadoras cuánticas más potentes, expandiendo las capacidades ya impresionantes de estos dispositivos y abriendo la puerta a una posible adopción en el futuro. A continuación, se presentan los detalles clave.

Qué hace que las computadoras cuánticas sean fundamentalmente diferentes

Las computadoras cuánticas son consideradas por muchos como el próximo paso en la evolución de las computadoras. Estos dispositivos pueden proporcionar miles de veces más potencia computacional, lo que los hace ideales para cálculos científicos complejos y más.

Las computadoras cuánticas han demostrado ser mucho más potentes que las computadoras tradicionales. Superan a los dispositivos tradicionales porque dependen de qubits, superposición, entrelazamiento y 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 los bits tradicionales, que pueden ser duplicados y almacenados. Cuando se recuperan, las copias pueden ser comparadas para asegurarse de que los datos no estén dañados.

La corrección de errores cuánticos es mucho más complicada por varias razones. Una de ellas es que los qubits cuánticos no pueden ser copiados de la misma manera que los bits tradicionales. En su lugar, dependen de estados entrelazados creados entre qubits. Este estado frágil puede ser destruido fácilmente.

Volteos de bits y volteos de fase

Además, las computadoras cuánticas necesitan lidiar con la decoherencia y los desplazamientos de fase. Las computadoras cuánticas son únicas en que los qubits pueden cambiar repentinamente y sin previo aviso su fase de positiva a negativa. Este problema ha hecho que el almacenamiento de datos cuánticos durante períodos prolongados sea más difícil.

Cómo los ingenieros solucionan este problema

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

Este proceso requiere que los científicos midan constantemente el estado de estabilizadores diseñados a propósito. Estos estabilizadores permiten a los ingenieros monitorear cualquier cambio en el qubit sin alterar su valor. Logran esta tarea proporcionando resultados de bits y fases que se pueden rastrear.

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 bloqueados en el espacio y no se pueden mover sin dañar el estado cuántico. Los estabilizadores ayudan a mantener la estabilidad. Sin embargo, solo pueden funcionar con qubits que están adyacentes entre sí, lo que significa que son ideales para aplicaciones de qubits bidimensionales y muy limitadas en su aplicación.

Estudio de cirugía de retícula en bits cuánticos

Con el objetivo de mejorar las capacidades de computación cuántica, científicos de ETH Zurich y el Instituto Paul Scherrer publicaron el estudio “Cirugía de retícula realizada en dos códigos de repetición de distancia tres con qubits superconductores¹” en Nature Physics.

El documento introduce una nueva metodología para el entrelazamiento cuántico y los estabilizadores. Su nuevo enfoque permite que las computadoras cuánticas realicen operaciones cuánticas entre qubits lógicos superconductores mientras se realizan correcciones de errores en tiempo real.

¿Qué es la cirugía de retícula en computación cuántica?

En el núcleo de este nuevo desarrollo se encuentra la cirugía de retícula. La cirugía de retícula combina códigos topológicos a través de qubits lógicos. Este enfoque admite disposiciones de qubits bidimensionales junto con operaciones de puerta tolerantes a fallos.

A través del 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 los errores debidos a la decoherencia.

La cirugía de retícula depende del uso de parches, que son qubits con estabilizadores aplicados. El proceso cose estos puertas temporalmente, permitiendo comprobaciones de paridad y un espacio de código más grande para el procesamiento. Cabe destacar que este trabajo representa una de las primeras demostraciones experimentales de cirugía de retícula realizada entre qubits lógicos codificados que utilizan hardware de código de superficie superconductor mientras mantiene 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 asegurarse de que sus cálculos fueran correctos. Primero, el equipo creó un dispositivo cuántico. La puerta lógica estaba compuesta por 17 qubits superconductores dispuestos en una forma cuadrada aproximada.

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

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

Resultados de la cirugía de retícula en bits cuánticos

Los ingenieros observaron que los errores de volteo de bits se corrigieron en tiempo real. Registraron una mejora sobre circuitos no codificados sometidos al mismo proceso, con el resultado de que los ingenieros crearon con éxito dos qubits lógicos que estaban entrelazados entre sí.

Ventajas de la cirugía de retícula en bits cuánticos

Este estudio aporta numerosos beneficios al mercado. Por un lado, abre la puerta a computadoras cuánticas más potentes y precisas. La capacidad de reducir y codificar la tolerancia y corrección de fallos en estos dispositivos permitirá que las futuras iteraciones proporcionen un mejor rendimiento y estabilidad.

Cirugía de retícula en bits cuánticos: Aplicaciones y cronograma en el mundo real

Existen varias aplicaciones para este trabajo. Primordialmente, esta investigación ayudará a expandir y mejorar el sector incipiente de las computadoras cuánticas. 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 las operaciones.

Cronograma de la cirugía de retícula en bits cuánticos

Según los ingenieros, todavía hay mucho trabajo por hacer antes de que esta tecnología esté lista y se aplique a los dispositivos cuánticos avanzados de hoy en día. 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.

Investigadores de la cirugía de retícula en bits cuánticos

Investigadores de varias instituciones prominentes participaron en este estudio. Específicamente, el profesor Andreas Wallraff de D-PHYS lideró el documento de investigación, mientras que el profesor Markus Müller de la Universidad RWTH Aachen y el Centro de Investigación Jülich coescribieron el trabajo.

El documento 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 contribuyentes.

Futuro de la cirugía de retícula en bits cuánticos

El futuro de esta tecnología es brillante. El objetivo es integrarla con otros avances recientes para ayudar a los ingenieros a alcanzar su objetivo 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 explorando esta tecnología con un espíritu innovador, ayudando a descubrir enfoques que anteriormente se consideraban imposibles.

Rigetti Computing

Rigetti Computing 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 la 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 de pila completa”. Esto incluye la instalación Fab-1, la primera fundición cuántica dedicada del mundo, donde diseñan y fabrican sus propios procesadores cuánticos.

Rigetti ha realizado avances significativos en la computación cuántica híbrida-clásica. Su plataforma de Servicios de Nube Cuántica (QCS) integra procesadores cuánticos con infraestructura clásica de alto rendimiento, una necesidad para la corrección de errores en tiempo real que se discute en la investigación actual. En 2021, Rigetti se hizo pública a través de una fusión con Supernova Partners Acquisition Company II, cotizando en NASDAQ.

Hoy en día, Rigetti está desarrollando activamente sus sistemas de clase Ankaa, que utilizan una retícula cuadrada de acopladores ajustables. Esta arquitectura está diseñada específicamente para admitir operaciones tolerantes a fallos y codificación de qubits lógicos, como se demostró en el estudio de ETH Zurich más reciente.

Noticias y rendimiento más recientes de Rigetti Computing (RGTI)

Cirugía de retícula en bits cuánticos | Conclusión

Las computadoras cuánticas prometen una potencia computacional sin precedentes, pero su fragilidad las ha hecho demasiado costosas para que la mayoría de las personas las utilicen o posean. Este trabajo más reciente ayudará a estabilizar estos dispositivos, acercando al mundo a una opción asequible y confiable. Por esta razón y más, estos ingenieros merecen una ovación de pie.

Aprenda sobre otros avances en computadoras cuánticas 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}