Se inicia una nueva era en la computación cuántica con el avance en el desarrollo de Qubits Lógicos gracias a la colaboración entre Microsoft y Quantinuum.
La computación cuántica es ahora más viable para su aplicación en el mundo real.
Microsoft y Quantinuum han logrado avances significativos en el ámbito de la computación cuántica a través de su proyecto conjunto, Azure Quantum. Ambas compañías afirmaron haber desarrollado una nueva generación de qubits lógicos altamente confiables, fundamentales para la implementación práctica de la computación cuántica. Hace unos meses, habían introducido este tipo de qubits aplicando el sistema de virtualización de qubits de Microsoft a los qubits atrapados de iones de la serie H de Quantinuum.
En una primera fase, lograron generar cuatro qubits lógicos a partir de 30 qubits físicos, con una tasa de error lógica que mejoró en 800 veces respecto a la tasa de error física. Aunque este resultado fue considerado impresionante por Microsoft, continuaron explorando nuevas fronteras y los esfuerzos valieron la pena. Ahora, la colaboración ha progresado, alcanzando la producción de 12 qubits lógicos a partir de 56 qubits físicos en la máquina H2 de Quantinuum, mostrando una fidelidad notable del 99.8% en operaciones de dos qubits.
El equipo demostró la entrelazación de estos qubits lógicos dentro de una configuración compleja conocida como estado de Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ), que es más sofisticada que las preparaciones del estado de Bell previas. Esta entrelazación llevó a una tasa de error de circuito de 0.0011, que es considerablemente inferior a la tasa de error de 0.024 de los qubits físicos. Estos avances no solo resaltan el potencial para realizar computaciones cuánticas más profundas, sino que también allanan el camino para la computación cuántica tolerante a fallos, un paso esencial para aprovechar al máximo las capacidades de la tecnología cuántica.
La colaboración entre Microsoft y Quantinuum también representa un hito en la aplicación de la computación cuántica para resolver problemas del mundo real, especialmente en el campo de la química. Al integrar qubits lógicos con inteligencia artificial (IA) y computación de alto rendimiento (HPC), han abordado con éxito un complicado problema científico relacionado con la estimación de la energía del estado base de un intermedio catalítico importante.
El proceso comenzó con la identificación del espacio activo del catalizador mediante simulaciones de HPC. Luego, se utilizaron los qubits lógicos para simular el comportamiento cuántico de este espacio activo. Los resultados de estas simulaciones fueron utilizados para entrenar un modelo de IA que finalmente proporcionó una estimación precisa de la energía del estado base. Este flujo de trabajo integral representa la primera instancia en la que la computación cuántica, la HPC y la IA se han combinado para resolver un problema científico, demostrando la utilidad práctica de las tecnologías cuánticas.
Si bien los resultados actuales no representan aún una ventaja cuántica científica total —definida como la capacidad de los computadoras cuánticas para resolver problemas que están fuera del alcance de las computadoras clásicas—, evidencian el potencial de los sistemas cuánticos para superar métodos clásicos en ciertas situaciones. El enfoque híbrido utilizado en este estudio ilustra cómo la computación cuántica puede mejorar la precisión de los cálculos químicos, en particular para problemas complejos que son difíciles de resolver para los sistemas clásicos.
La exitosa demostración de este flujo de trabajo híbrido no solo resalta las capacidades de los qubits lógicos, sino que también enfatiza la importancia de integrar la computación cuántica con otras tecnologías avanzadas. Al combinar las fortalezas de la computación cuántica, IA y HPC, los investigadores pueden desarrollar soluciones innovadoras para desafíos científicos urgentes.
La plataforma Azure Quantum actúa como un centro donde se intregran la computación cuántica, la IA y la HPC. Este ecosistema está diseñado para facilitar la interacción fluida entre diferentes arquitecturas de hardware, permitiendo a los investigadores aprovechar las fortalezas de cada tecnología. Al combinar las capacidades cuánticas con la IA, los investigadores pueden utilizar algoritmos de aprendizaje automático para analizar grandes conjuntos de datos y extraer información valiosa, acelerando significativamente el proceso de investigación y desarrollo.
De cara al futuro, Microsoft ha manifestado su compromiso de avanzar en su plataforma Azure Quantum para respaldar una variedad de arquitecturas de qubit, incluidas las de átomos neutros y qubits topológicos. La integración de estas diversas tecnologías busca mejorar la confiabilidad y escalabilidad de la computación cuántica, con el objetivo final de desarrollar sistemas que aborden algunos de los desafíos más significativos del mundo.
Rajeeb Hazra, CEO de Quantinuum, comentó que "la capacidad de nuestros sistemas para triplicar el número de qubits lógicos mientras que hemos duplicado menos de la cantidad de qubits físicos, de 30 a 56, es un testimonio de la alta fidelidad y la conectividad total de nuestro hardware de iones atrapados de la serie H". Afirmó que su actual hardware H2-1, combinado con el sistema de virtualización de qubits de Microsoft, está llevando a la compañía y a sus clientes hacia una computación cuántica resiliente de nivel 2. Esta colaboración potente desbloqueará avances aún mayores cuando se combine con herramientas avanzadas de IA y HPC a través de Azure Quantum.
