Informática.
La demostración de cirugía reticular impulsa la computación cuántica tolerante a fallos
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Un equipo de científicos, liderado por investigadores de la ETH de Zúrich, demostró recientemente una forma de entrelazar bits cuánticos mediante cirugía reticular. 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 en el futuro. Aquí tienes lo que necesitas saber.
¿Qué hace que las computadoras cuánticas sean fundamentalmente diferentes?
Muchos consideran que las computadoras cuánticas son el siguiente paso en la evolución de 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 se basan en cúbits, superposición, entrelazamiento e interferencia para procesar la información. Esta estructura permite el procesamiento de millones de cálculos en paralelo.
Por qué la corrección de errores cuánticos es el principal cuello de botella
Sin embargo, cuando se trata de almacenamiento Los datos cuánticos son mucho más complejos que los bits tradicionales, que pueden duplicarse y almacenarse. Al recuperarse, los duplicados pueden cruzarse para garantizar que los datos no se corrompan.
La corrección de errores cuánticos es mucho más compleja por varias razones. En primer lugar, los cúbits cuánticos no se pueden copiar de la misma manera que los bits tradicionales. En cambio, se basan en estados entrelazados creados entre cúbits. 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 cúbits pueden cambiar su fase de positivo a negativo repentinamente y sin previo aviso. Este problema ha dificultado el almacenamiento de datos cuánticos durante largos periodos.
Cómo los ingenieros solucionan este problema
Los ingenieros han intentado corregir estos cambios cuánticos de diversas maneras. Un método popular consiste en crear un cúbit lógico a partir de varios otros cúbits. Una vez creado, los ingenieros aplican constantemente la corrección de errores para garantizar la precisión.
Este proceso requiere que los científicos midan constantemente el estado de estabilizadores diseñados específicamente para este fin. Estos estabilizadores permiten a los ingenieros monitorear cualquier cambio en el cúbit sin alterar su valor. Logran esta tarea proporcionando lecturas rastreables de bits y fase.
Este proceso crea cúbits de datos. Estos cúbits sirven para almacenar el estado de corrección. Los problemas surgen porque la mayoría de las computadoras cuánticas se basan en matrices bidimensionales de cúbits superconductores.
Estos cúbits permanecen bloqueados en el espacio y no pueden moverse sin dañar el estado cuántico. Los estabilizadores ayudan a mantener la estabilidad. Sin embargo, solo funcionan en cúbits adyacentes, lo que significa que son ideales únicamente para aplicaciones de cúbits bidimensionales y su aplicación es muy limitada.
Estudio de cirugía reticular en bits cuánticos
Con el objetivo de mejorar las capacidades de la computación cuántica, científicos de la ETH de Zúrich y del Instituto Paul Scherrer publicaron el “Cirugía en red realizada en dos códigos de repetición de tres distancias con qubits superconductores¹” estudio en Nature Physics.
El artículo presenta una nueva metodología para el entrelazamiento cuántico y los estabilizadores. Este nuevo enfoque permite a las computadoras cuánticas realizar operaciones cuánticas entre cúbits lógicos superconductores, a la vez que realizan corrección de errores en tiempo real.
¿Qué es la cirugía reticular en la computación cuántica?
La cirugía reticular es el núcleo de este nuevo desarrollo. Esta cirugía reticular empalma códigos topológicos entre cúbits lógicos. Este enfoque admite disposiciones de cúbits 2D junto con operaciones de puerta con tolerancia a fallos.
Mediante cirugía reticular, los ingenieros lograron aplicar puertas lógicas entre cúbits codificados incluso cuando no estaban adyacentes. Esta estrategia evita el contacto directo entre cúbits, lo que reduce los errores por decoherencia.
La cirugía reticular se basa en el uso de parches, que son cúbits con estabilizadores aplicados. El proceso une temporalmente estas puertas, lo que permite comprobaciones de paridad y un mayor espacio de código para el procesamiento. Cabe destacar que este trabajo representa una de las primeras demostraciones experimentales de cirugía reticular realizada entre cúbits lógicos codificados utilizando hardware de código de superficie superconductor, manteniendo la corrección de errores en tiempo real durante la operación.
Cómo se realizó el experimento de cirugía enrejada
Los ingenieros realizaron varias pruebas para garantizar la exactitud de sus cálculos. Primero, el equipo creó un dispositivo cuántico. La puerta lógica estaba compuesta por 17 cúbits superconductores dispuestos en una forma cuadrada aproximada.
Tras entrelazar dos, los ingenieros se centraron en las operaciones de división. Para ello, codificaron los cúbits lógicos con repeticiones de inversión de bits. A continuación, monitorizaron los resultados de los estabilizadores cada 1.66 microsegundos, a la vez que realizaban correcciones de inversión de bits y de fase.
El método divide el código de superficie en dos mitades, lo que facilita su seguimiento y prueba. Los resultados de las pruebas demostraron claramente que sus teorías eran correctas.
Cirugía reticular en bits cuánticos: resultados de pruebas
Los ingenieros observaron que los errores de inversión de bits se corrigieron en tiempo real. Registraron una mejora con respecto a los circuitos no codificados sometidos al mismo proceso, lo que permitió crear con éxito dos cúbits lógicos entrelazados.
Resumen de resultados: Cómo la decodificación y la postselección cambian la calidad del entrelazamiento lógico
| Métrico | Crudo | Decodificado (corrección de errores) | Postseleccionado (sin errores detectados) |
|---|---|---|---|
| ⟨ZL1ZL2⟩ (observable ZZ lógico) | 0.38 | 0.55 | 0.998 |
| Fidelidad del estado de campana (F) | 0.382 | 0.546 | 0.780 |
| Carreras retenidas | 100% | 100% | ~5–6 % |
Nota: Los valores posteriores a la selección reflejan ejecuciones sin eventos de síndrome detectados (mayor fidelidad aparente, menor rendimiento utilizable).
Beneficios de la cirugía reticular 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 a fallos y las correcciones en estos dispositivos permitirá que las iteraciones futuras ofrezcan mayor rendimiento y estabilidad.
Cirugía reticular en bits cuánticos: aplicaciones reales y cronología
Este trabajo tiene diversas aplicaciones. Principalmente, esta investigación contribuirá a expandir y mejorar el emergente sector de la computación cuántica. Proporciona un nuevo nivel de estabilidad a estos dispositivos, permitiendo a los ingenieros crear unidades más potentes que utilizan aún más cúbits para sus operaciones.
Cronología de la cirugía reticular 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 actuales. Sin embargo, se espera que esta tecnología se aplique al sector en los próximos 7 a 10 años, junto con una mayor adopción de la computación cuántica.
Cirugía reticular en bits cuánticos: investigadores
Investigadores de diversas instituciones destacadas participaron en este estudio. En concreto, el profesor de D-PHYS, Andreas Wallraff, dirigió la investigación, mientras que el profesor Markus Müller, de la Universidad RWTH de Aquisgrán y del Forschungszentrum Jülich, fue coautor del trabajo.
El artículo también incluye como colaboradores 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.
Cirugía de celosía en el futuro de los 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 objetivo general de construir computadoras cuánticas útiles que se basen en miles de cúbits en lugar de docenas.
Invertir en innovación cuántica
El sector de la computación cuántica está dominado por varias empresas de investigación que han invertido millones en esta tecnología. Estos grupos continúan profundizando en ella con espíritu innovador, ayudando a descubrir enfoques que antes se consideraban imposibles. A continuación, presentamos una empresa que ha contribuido a impulsar futuros desarrollos y su adopción.
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 cúbits superconductores. A diferencia de IonQ, que utiliza iones atrapados, el enfoque de Rigetti en circuitos superconductores se alinea más estrechamente con la investigación de la ETH de Zúrich sobre cirugía reticular en cúbits lógicos superconductores.
En 2018, Rigetti presentó un chip de 128 cúbits, y desde entonces la compañía ha sido pionera en el desarrollo de la computación cuántica "Full-Stack". Esto incluye las instalaciones Fab-1, la primera fundición cuántica dedicada del mundo, donde diseñan y fabrican sus propios procesadores cuánticos.
(RGTI )
Rigetti ha logrado avances significativos en la computación híbrida cuántica-clásica. Su plataforma Quantum Cloud Services (QCS) integra procesadores cuánticos con una infraestructura clásica de alto rendimiento, una necesidad para la corrección de errores en tiempo real que se analiza en la investigación actual. En 2021, Rigetti salió a bolsa mediante una fusión con Supernova Partners Acquisition Company II, cotizando en el NASDAQ.
Actualmente, Rigetti desarrolla activamente sus sistemas de clase Ankaa, que utilizan una red cuadrada de acopladores ajustables. Esta arquitectura está diseñada específicamente para soportar el tipo de operaciones tolerantes a fallos y la codificación lógica de cúbits demostrada en el último estudio de la ETH de Zúrich.
Últimas noticias y rendimiento de Rigetti Computing (RGTI)
Cirugía reticular en bits cuánticos | Conclusión
Las computadoras cuánticas prometen una potencia computacional inigualable, pero su fragilidad las ha vuelto demasiado caras para que la mayoría de la gente las use o las posea. Este último trabajo ayudará a estabilizar estos dispositivos, acercando al mundo a una opción asequible y fiable. Por esta y otras razones, estos ingenieros merecen una ovación de pie.
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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. y Wallraff, A. (2026). Cirugía reticular realizada en dos códigos de repetición de tres distancias con cúbits superconductores. Nature Physics, 1-6. https://doi.org/10.1038/s41567-025-03090-6
