Fujitsu y el Centro de Información Cuántica y Biología Cuántica (QIQB) de la Universidad de Osaka han revelado el desarrollo de una nueva arquitectura de computación cuántica de rotación analógica altamente eficiente, que representa un hito significativo hacia la realización de la computación cuántica práctica. La nueva arquitectura reduce en un 90% el número de qubits físicos necesarios para la corrección cuántica de errores -un requisito previo para la realización de la computación cuántica tolerante a fallos-, pasando de 1 millón a 10.000 qubits. Este avance permitirá a los investigadores embarcarse en la construcción de un ordenador cuántico con 10.000 qubits físicos y 64 qubits lógicos (4), lo que corresponde a un rendimiento informático aproximadamente 100.000 veces superior al rendimiento máximo de los ordenadores convencionales de alto rendimiento.
En el futuro, Fujitsu y la Universidad de Osaka seguirán perfeccionando esta nueva arquitectura para liderar el desarrollo de ordenadores cuánticos en la primera era del FTQC, con el objetivo de aplicar la informática cuántica a una amplia gama de cuestiones prácticas de la sociedad, como el desarrollo de materiales y las finanzas.
Corrección de errores para una informática tolerante a fallos: hacer realidad la cuántica práctica
Se espera que los ordenadores cuánticos Gate-based revolucionen la investigación en una amplia gama de campos, entre ellos la química cuántica y los sistemas financieros complejos, ya que ofrecerán un rendimiento de cálculo significativamente superior al de los ordenadores clásicos actuales.
Los qubits lógicos, que constan de múltiples qubits físicos, desempeñan un papel clave en la tecnología de corrección cuántica de errores y, en última instancia, en la realización de ordenadores cuánticos prácticos capaces de ofrecer resultados tolerantes a fallos.
Dentro de las arquitecturas de computación cuántica convencionales, los cálculos se realizan utilizando una combinación de cuatro puertas cuánticas universales con corrección de errores (5) (puerta CNOT, H, S y T). Dentro de estas arquitecturas, especialmente la corrección cuántica de errores para las puertas T requiere un gran número de qubits físicos, y la rotación del vector de estado en el cálculo cuántico requiere operaciones lógicas repetidas de la puerta T durante aproximadamente cincuenta veces de media. Así pues, se estima que la realización de un auténtico ordenador cuántico tolerante a fallos requiere más de un millón de qubits físicos en total.
Por este motivo, los ordenadores cuánticos de la primera era del FTQC que utilizan una arquitectura convencional para la corrección cuántica de errores sólo pueden realizar cálculos a una escala muy limitada, inferior a la de los ordenadores clásicos, ya que trabajan con un máximo de unos 10.000 qubits físicos, un número muy inferior al necesario para una auténtica computación cuántica tolerante a fallos.
Para resolver estos problemas, Fujitsu y la Universidad de Osaka han desarrollado una nueva arquitectura de computación cuántica de rotación analógica altamente eficiente, capaz de reducir significativamente el número de qubits físicos necesarios para la corrección cuántica de errores, y permitir que incluso los ordenadores cuánticos con 10.000 qubits físicos funcionen mejor que los ordenadores clásicos actuales, acelerando el progreso hacia la realización de una computación cuántica genuina y tolerante a fallos.
Fujitsu y la Universidad de Osaka han estado promoviendo la I+D conjunta en tecnología de corrección cuántica de errores, incluyendo nuevas arquitecturas de computación cuántica para la era temprana de la FTQC en la «Fujitsu Quantum Computing Joint Research Division», un esfuerzo de investigación colaborativo del QIQB, establecido el 1 de octubre de 2021 en el campus de la Universidad de Osaka como parte del programa «Fujitsu Small Research Laboratory» de Fujitsu (6).
Sobre la nueva arquitectura de computación cuántica
Al redefinir el conjunto de compuertas cuánticas universales, Fujitsu y la Universidad de Osaka han conseguido implementar una compuerta de rotación de fase, una primicia mundial que permite una rotación de fase altamente eficiente, un proceso que anteriormente requería un elevado número de qubits físicos y operaciones de compuerta cuántica.
A diferencia de las arquitecturas convencionales, que requerían repetidas operaciones lógicas de compuerta en T utilizando un gran número de qubits físicos, el funcionamiento de la compuerta dentro de la nueva arquitectura se realiza mediante rotación de fase directa a cualquier ángulo especificado.
De este modo, las dos partes han conseguido reducir el número de qubits necesarios para la corrección cuántica de errores a aproximadamente el 10% de las tecnologías existentes, y el número de operaciones de puerta necesarias para la rotación arbitraria a aproximadamente el 5% de las arquitecturas convencionales. Además, Fujitsu y la Universidad de Osaka suprimieron la probabilidad de error cuántico en los qubits físicos hasta aproximadamente el 13%, consiguiendo así cálculos de gran precisión.
La arquitectura informática recién desarrollada sienta las bases para la construcción de un ordenador cuántico con 10.000 qubits físicos y 64 qubits lógicos, lo que corresponde a un rendimiento informático aproximadamente 100.000 veces superior al rendimiento máximo de los ordenadores convencionales de alto rendimiento.
