Durante los últimos años, IBM le ha dedicado un especial interés a la computación cuántica, con una ambiciosa hoja de ruta que conocemos desde hace un par de años.
La compañía presentó recientemente avances en la mitigación de errores cuánticos, con el fin de aproximarse a un hardware cuántico cada vez más tolerante a fallas y por ende, más eficiente.
Mitigación de errores para una computación cuántica eficiente
A pesar de que últimamente hemos conocido muchos avances en torno a la computación cuántica, su implementación práctica aún tiene muchas tareas pendientes. Existe consenso en torno a la necesidad de construir un gran procesador cuántico tolerante a fallas antes de que se pueda implementar cualquiera de los algoritmos cuánticos con aceleración superpolinomial comprobada, surgidos en diversos proyectos de investigación.
Según narra IBM en su reporte, avances recientes en técnicas de mitigación de errores cuánticos, permiten trazar un camino más fluido hacia este objetivo. “A lo largo de este camino, los avances en la coherencia de qubit, la fidelidad de las puertas y la velocidad se traducen inmediatamente en una ventaja medible en la computación, similar al progreso constante históricamente observado con las computadoras clásicas”, señala la compañía con respecto a sus últimos desarrollos.
El hardware cuántico actual, según nos explica IBM, está sujeto a diferentes fuentes de ruido, siendo las más conocidas la decoherencia de qubit, los errores de puerta individuales y los errores de medición. Estos errores limitan la profundidad del circuito cuántico que podemos implementar. Sin embargo, incluso para circuitos poco profundos, el ruido puede dar lugar a estimaciones erróneas.
Gracias a la aplicación de técnicas de mitigación de errores cuánticos, estos equipos pueden contar con una colección de herramientas y métodos que permiten evaluar valores esperados precisos de circuitos cuánticos ruidosos y de poca profundidad, incluso antes de la introducción de la tolerancia a fallas.
Últimamente, IBM presentó e implementó dos métodos de mitigación de errores de propósito general, llamados “extrapolación de ruido cero” (ZNE) y “cancelación probabilística de errores” (PEC).El método ZNE cancela las órdenes subsiguientes del ruido que afectan el valor esperado de un circuito cuántico ruidoso al extrapolar los resultados de la medición a diferentes niveles de ruido. Más recientemente, los avances teóricos y experimentales han demostrado que PEC ya puede habilitar estimadores sin ruido de circuitos cuánticos en computadoras cuánticas ruidosas.
IBM resalta que el camino hacia la ventaja cuántica será impulsado por mejoras en la calidad y la velocidad de los sistemas cuánticos, a medida que su escala crece para abordar circuitos cada vez más complejos. Entre sus aportes a este objetivo, destacan la reciente introducción de su procesador Eagle de 127 qubits, lo que lleva la escala de estos procesadores por sobre los límites de la simulación clásica exacta.
Igualmente destacan la aplicación de una métrica para cuantificar la velocidad de los sistemas cuánticos (CLOP), con la que demostraron una reducción de 120 veces en el tiempo de ejecución de una simulación molecular. Otro hito de rendimiento lo marcan los tiempos de coherencia de sus qubits superconductores, que superaron 1 ms.
La compañía reporta que estas mejoras se han extendido a sus procesadores cuánticos más grandes. Graficando su aporte, resaltan que los Hummingbird de 65 qubits han experimentado una mejora de 2 a 3 veces en la coherencia, lo que permite puertas de mayor fidelidad. También reportan que en su último procesador, el Falcon r10, los errores de compuerta de dos qubits se redujeron por debajo del 0,1 %.
La división de la compañía continuará enfocada en potenciar sus avances. “En IBM Quantum, planeamos continuar desarrollando nuestro hardware y software con este camino en mente. A medida que mejoramos la escala, la calidad y la velocidad de nuestros sistemas, esperamos ver (…) mejoras en el tiempo de ejecución cuántico para los circuitos de interés”, señalaron en su anuncio.