Hoy en día, los computadores cuánticos aprovechan algunos de los fenómenos de la mecánica cuántica para ofrecer grandes avances en lo que respecta a potencia de procesamiento. La propuesta para estos dispositivos es que sean muchos más veloces que un computador con un sistema digital.
Sin embargo, aunque muchos expertos manejan el tema de la potencialidad que ofrece el factor cuántico, también existe innumerables variables que aún no han sido descubiertas, lo que lleva a los especialista a crear diversas "metáforas de lo que podría ser".
Uno de los grandes problemas de las computadoras cuánticas es que acumulan errores y la velocidad a la que esto ocurre limita la complejidad de los problemas que pueden resolver.
Para ello es importante comprender lo siguiente:
Un grupo de investigadores trabajaron con un computador cuántico basado en 10 iones atrapados. Cada ion es un único qubit (el equivalente cuántico de un único bit), con los valores 1 y 0 definidos por el estado cuántico del ion. El estado cuántico de cada ión puede cambiarse aplicando campos magnéticos y haciendo brillar láseres sobre ellos.
A diferencia de un sistema digital, en el que un bit puede pasar de un 1 a un 0 con certeza, una computadora cuántica funciona en un mundo analógico. El equivalente a un cambio de bit en el mundo de la computación cuántica significa invertir la probabilidad de que un bit se mida como un 1 o un 0. Por ejemplo, si la probabilidad de que un qubit sea un 1 es del 75%, una inversión de bits la cambiaría al 25%.
Una forma más insidiosa de error es el llamado "error coherente", en el que los cambios en el estado de un qubit influyen en los qubits a los que el primero está acoplado. Pero se necesita ese acoplamiento para realizar cálculos, lo que plantea un pequeño dilema.
Un qubit tiene un estado. Pero en un mundo cuántico, ese estado cambia con el tiempo. Este cambio debe seguir un patrón predecible para que las operaciones computacionales puedan ser programadas correctamente. Cuanto más tiempo cambie el estado de forma predecible, más coherente será el sistema. En los errores coherentes, los qubits vecinos ejercen una atracción mutua, por lo que siguen cambiando de forma no aleatoria (y por tanto siguen siendo coherentes), pero esa atracción hace que el cambio se produzca a un ritmo diferente. Esto significa que las operaciones computacionales serán cronometradas incorrectamente. Se podría pensar en esto como un error sistemático, pero es uno que es diferente para cada computación. Este nuevo trabajo realiza un esquema que utiliza la secuencia Fibonacci en combinación con el acoplamiento coherente entre qubits para frenar la acumulación de errores coherentes.
Normalmente, los errores coherentes se corrigen mediante pares de patadas (operaciones computacionales, en realidad). La primera patada hace girar el qubit (oscilaciones periódicas) y la segunda patada deshace lo que hizo la primera. El efecto neto es 0. Estas patadas son tan potentes que los pequeños efectos de los qubits vecinos se ven superados. El error coherente vuelve a aparecer porque las patadas en sí no son espejos perfectos entre sí, así que nunca se consigue exactamente un hacer/deshacer preciso.
Para reducir estos errores, los investigadores aplicaron una serie de patadas a los qubits. Estas patadas están cronometradas según una secuencia de Fibonacci (1, 1, 2, 3, 5, 8...), que obliga a los qubits a sufrir oscilaciones casi periódicas. Esto significa que la relación entre los qubits cambia constantemente y de forma aleatoria, mientras que antes, dos qubits vecinos tenían una relación "fija" de modo que sus efectos eran acumulativos. Ahora, esa relación cambia aleatoriamente, por lo que, de media, el efecto de un qubit sobre su vecino es nulo. Y debido a la aleatoriedad, si los golpes no son exactamente correctos en cuanto a tiempo o potencia, el efecto acumulativo también es mucho menor.
Todo ello permite que cada qubit mantenga su coherencia con el resto del sistema durante más del doble de tiempo, en comparación con un sistema con patadas periódicas normales.