Amazon Web Services ha desarrollado su primer chip de computación cuántica, llamado Ocelot. Este chip innovador demuestra un enfoque más eficiente para la corrección de errores cuánticos, uno de los desafíos fundamentales en la construcción de computadoras cuánticas prácticas.
La arquitectura detrás de Ocelot.
El diseño de Ocelot cuenta con nueve qubits en un chip de silicio de un centímetro cuadrado. Lo que hace que esta arquitectura sea única es su enfoque híbrido: cinco de estos qubits son “qubits gato” (nombrados así en referencia al experimento mental de Schrödinger), mientras que los otros cuatro son qubits transmon.
En este arreglo, los qubits gato almacenan información mientras que los qubits transmon los monitorean. Esto difiere significativamente de los diseños únicamente con qubits transmon utilizados por otros actores importantes en la computación cuántica.
Los qubits gato consisten en estructuras huecas de tantalio que contienen radiación microondas, integradas con un chip de silicio. Al igual que todo el hardware de computación cuántica, Ocelot debe operar a temperaturas cercanas al cero absoluto.
Resolviendo el problema de la corrección de errores.
Las computadoras cuánticas son inherentemente propensas a errores, y desarrollar una corrección de errores efectiva es crucial para aplicaciones prácticas. Los enfoques tradicionales para la corrección de errores cuánticos exigen recursos de hardware sustanciales; por ejemplo, Google necesitó recientemente 105 qubits para codificar un solo bit de información cuántica corregido por errores.
La principal innovación de Ocelot radica en su diseño de corrección de errores más eficiente. Según Oskar Painter, jefe de hardware cuántico en AWS, su enfoque requiere solo aproximadamente una décima parte de la cantidad de qubits por bit de información en comparación con los métodos convencionales.
En una investigación publicada en *Nature*, los investigadores de AWS demostraron esta eficiencia al codificar un solo bit de información corregido por errores utilizando únicamente los nueve qubits de Ocelot.
Cómo funciona.
Los errores en la computación cuántica se dividen en dos categorías: errores de inversión de bit (similares a los de la computación convencional) y errores de inversión de fase (únicos en los sistemas cuánticos).
Según Shruti Puri, física en la Universidad de Yale que no estuvo involucrada en el trabajo, el diseño híbrido cat-transmon permite a los ingenieros crear un sistema en el que los errores son predominantemente errores de inversión de fase. Esto posibilita el uso de algoritmos de corrección de errores más simples que requieren menos qubits.
La implementación de la operación de puerta C-NOT de AWS (crucial para la corrección de errores) es especialmente destacable. Su diseño asegura que esta operación no introduzca de manera desproporcionada errores de inversión de bit, lo que permite que el enfoque simplificado de corrección de errores siga siendo efectivo a lo largo de múltiples ciclos.
Desafíos en el desarrollo y dirección futura.
AWS comenzó a trabajar en Ocelot alrededor de 2021, enfrentando desafíos de ingeniería significativos. Uno de los principales obstáculos fue desarrollar nuevas técnicas para cultivar tantalio en chips de silicio con defectos atómicos mínimos.
Actualmente, Ocelot funciona principalmente como memoria cuántica en lugar de un sistema de computación completo. Los próximos pasos en su desarrollo incluirán agregar más qubits, codificar información adicional y realizar cálculos cuánticos reales.
La escalabilidad sigue siendo un desafío significativo, desde la conexión del cableado necesario hasta la vinculación de varios chips. Los expertos de la industria predicen que las computadoras cuánticas prácticas eventualmente requerirán miles o millones de qubits.
Este proyecto representa un cambio estratégico para AWS. Mientras que anteriormente se centraron en los qubits transmon convencionales similares a los de sus competidores, ahora han priorizado el enfoque de qubits gato como su principal esfuerzo de ingeniería a futuro.
La startup francesa Alice & Bob también está desarrollando tecnología de computación cuántica basada en qubits gato.
