Logro cuántico: Microsoft y Quantinuum demuestran los qubits lógicos más confiables registrados
Los científicos de Quantinuum ajustan un conjunto de rayos láser utilizados para pulsos láser en las computadoras cuánticas de la Serie-H. Foto cortesía de Quantinuum.
Hoy se marca un logro significativo para todo el ecosistema cuántico: Microsoft y Quantinuum demostraron los qubits lógicos más confiables registrados hasta la fecha. Al aplicar el sistema de virtualización de qubits de Microsoft, con diagnóstico y corrección de errores, al hardware de trampas de iones de Quantinuum, realizamos más de 14,000 experimentos individuales sin un solo error. Además, demostramos una computación cuántica más confiable al realizar diagnósticos y correcciones de errores en los qubits lógicos sin destruirlos. Esto nos saca del nivel actual de computación cuántica ruidosa de escala intermedia (NISQ) y nos lleva al Nivel 2 de computación cuántica resiliente.
Este hito es crucial en nuestro camino hacia la construcción de un sistema de supercomputación híbrido capaz de transformar la investigación y la innovación en diversas industrias. La combinación del hardware cuántico, la virtualización y corrección de qubits, y las aplicaciones híbridas que aprovechan lo mejor de la IA, la supercomputación y las capacidades cuánticas. Con un superordenador híbrido impulsado por 100 qubits lógicos confiables, las organizaciones comenzarán a ver ventajas científicas, mientras que escalar hacia 1,000 qubits lógicos confiables desbloquearía ventajas comerciales.
Las capacidades avanzadas basadas en estos qubits lógicos estarán disponibles en vista previa privada para los clientes de Azure Quantum Elements en los próximos meses.
Una plataforma informática diseñada específicamente para la ciencia
Muchos de los problemas más difíciles que enfrenta la sociedad, como revertir el cambio climático, abordar la inseguridad alimentaria y resolver la crisis energética, están relacionados con la química y los materiales. Sin embargo, la cantidad de moléculas y materiales estables posibles podría superar el número de átomos en el universo observable. Incluso mil millones de años de cómputo clásico serían insuficientes para explorarlos y evaluarlos todos.
Por eso, la promesa de la computación cuántica es tan atractiva. Los ordenadores cuánticos escalados ofrecerían la capacidad de simular las interacciones de moléculas y átomos a nivel cuántico, más allá del alcance de las computadoras clásicas, desbloqueando soluciones que pueden ser un catalizador para el cambio positivo en nuestro mundo. Sin embargo, la computación cuántica es solo una capa para impulsar estas ideas innovadoras.
Ya sea para potenciar la productividad farmacéutica o liderar la próxima batería sostenible, el descubrimiento científico acelerado requiere una plataforma de cómputo híbrida diseñada específicamente para este propósito. Los investigadores necesitan acceso a la herramienta adecuada en la etapa correcta de su proceso de descubrimiento para resolver eficientemente cada capa de su problema científico y obtener ideas donde más importan. Esto es lo que hemos construido con Azure Quantum Elements, permitiendo a las organizaciones transformar la investigación y el desarrollo con capacidades que incluyen la evaluación de grandes conjuntos de datos con IA, la reducción de opciones con la computación de alto rendimiento (HPC) o la mejora de la precisión de modelos con la potencia de la computación cuántica escalada en el futuro.
Continuamos avanzando en el estado del arte en todas estas tecnologías híbridas para nuestros clientes, y el hito cuántico de hoy sienta las bases para simulaciones útiles, confiables y escalables de la mecánica cuántica.
Avanzando hacia la resiliencia
En un artículo que escribí en LinkedIn, utilicé una analogía del "barco con fugas" para explicar por qué la fidelidad y la corrección de errores son tan importantes en la computación cuántica. En resumen, la fidelidad es el valor que utilizamos para medir cuán confiablemente una computadora cuántica puede producir un resultado significativo. Solo con una buena fidelidad tendremos una base sólida para escalar de manera confiable una máquina cuántica capaz de resolver problemas prácticos del mundo real.
Durante años, un enfoque utilizado para reparar este "barco con fugas" ha sido aumentar el número de qubits físicos ruidosos junto con técnicas para compensar ese ruido, pero sin llegar a los qubits lógicos reales con tasas de corrección de errores superiores. La principal limitación de la mayoría de las máquinas NISQ actuales es que los qubits físicos son demasiado ruidosos y propensos a errores para permitir una corrección de errores cuánticos sólida. Los componentes fundamentales de nuestra industria no son lo suficientemente buenos para que funcione la corrección de errores cuánticos, y es por eso que incluso sistemas NISQ más grandes no son prácticos para aplicaciones del mundo real.
La tarea que enfrenta todo el ecosistema cuántico es aumentar la fidelidad de los qubits y habilitar la computación cuántica tolerante a fallos para que podamos utilizar una máquina cuántica para desbloquear soluciones a problemas previamente intratables. En resumen, necesitamos hacer la transición a qubits lógicos confiables, creados mediante la combinación de múltiples qubits físicos en qubits lógicos para protegerse contra el ruido y mantener una computación prolongada (es decir, resiliente). Solo podemos lograr esto con un diseño cuidadoso de hardware y software. Al tener componentes de hardware de alta calidad y capacidades de manejo de errores innovadoras diseñadas para esa máquina, podemos obtener mejores resultados que cualquier componente individual podría proporcionarnos. Hoy, hemos logrado precisamente eso.
"Los avances en la corrección de errores cuánticos y la tolerancia a fallos son importantes para realizar el valor a largo plazo de la computación cuántica para el descubrimiento científico y la seguridad energética. Resultados como estos permiten el desarrollo continuo de sistemas de computación cuántica para investigación y desarrollo." Dr. Travis Humble, Director, Centro de Ciencia Cuántica, Laboratorio Nacional de Oak Ridge
Un avance para manejar errores cuánticos
Es por eso que hoy es un momento histórico: por primera vez en la historia de la industria, estamos avanzando de la computación cuántica Nivel 1 Fundacional a Nivel 2 Resiliente. Ahora estamos entrando en la siguiente fase para resolver problemas significativos con computadoras cuánticas confiables. Nuestro sistema de virtualización de qubits, que filtra y corrige errores, combinado con el hardware de Quantinuum, demuestra la mayor brecha entre las tasas de error físico y lógico reportadas hasta la fecha. Este es el primer sistema demostrado con cuatro qubits lógicos que mejora la tasa de error lógico sobre la tasa de error físico por un orden de magnitud tan grande.
Hemos podido demostrar la mayor brecha entre las tasas de error físico y lógico detectadas hasta ahora, muy por debajo del punto de equilibrio, ahora dentro de un régimen donde la corrección de errores cuánticos es valiosa y funciona.
Igualmente importante, ahora también podemos diagnosticar y corregir errores en los qubits lógicos sin destruirlos, lo que se conoce como "extracción activa de síndrome". Esto representa un gran avance para la industria ya que permite una computación cuántica más confiable.
Con este sistema, ejecutamos más de 14,000 experimentos individuales sin un solo error. Puedes leer más sobre estos resultados aquí.
"La corrección de errores cuánticos a menudo parece muy teórica. Lo que es sorprendente aquí es la enorme contribución que el software de Microsoft para la optimización de qubits está haciendo para mejorar la reducción en las tasas de error. Microsoft realmente está poniendo la teoría en práctica". Dr. David Shaw, Analista Jefe, Inteligencia Cuántica Global
Una colaboración de larga data con Quantinuum
Desde 2019, Microsoft ha estado colaborando con Quantinuum para permitir a los desarrolladores cuánticos escribir y ejecutar su propio código cuántico en la tecnología de qubits de trampa de iones que incluye alta fidelidad, conectividad total y mediciones de medio circuito. Varias pruebas de referencia publicadas reconocen a Quantinuum como el que tiene los mejores volúmenes cuánticos, lo que los posiciona bien para entrar en el Nivel 2.
"Los resultados de hoy marcan un logro histórico y son un maravilloso reflejo de cómo esta colaboración continúa empujando los límites para el ecosistema cuántico. Con la corrección de errores de última generación de Microsoft alineada con la computadora cuántica más poderosa del mundo y un enfoque totalmente integrado, estamos muy emocionados por la próxima evolución en aplicaciones cuánticas y no podemos esperar a ver cómo nuestros clientes y socios se beneficiarán de nuestras soluciones, especialmente a medida que avanzamos hacia procesadores cuánticos a escala". Ilyas Khan, Fundador y Director de Producto, Quantinuum
El hardware de Quantinuum funciona con una fidelidad de dos qubits físicos del 99.8%. Esta fidelidad permite la aplicación de nuestro sistema de virtualización de qubits, con diagnósticos y corrección de errores, y hace posible el anuncio de hoy. Este sistema cuántico, con co-innovación de Microsoft y Quantinuum, nos introduce en el Nivel 2 Resiliente.
Pioneros en la supercomputación cuántica, juntos
En Microsoft, nuestra misión es empoderar a cada individuo y organización para lograr más. Hemos llevado el mejor hardware NISQ del mundo a la nube con nuestra plataforma Azure Quantum para que nuestros clientes puedan embarcarse en su viaje cuántico. Es por eso que hemos integrado la inteligencia artificial con la computación cuántica y la computación en la nube HPC en la vista previa privada de Azure Quantum Elements. Usamos esta plataforma para diseñar y demostrar un flujo de trabajo de extremo a extremo que integra Copilot, Azure compute y un algoritmo cuántico que se ejecuta en los procesadores Quantinuum para entrenar un modelo de IA para la predicción de propiedades.
El anuncio de hoy continúa este compromiso avanzando el hardware cuántico al Nivel 2. Las capacidades avanzadas basadas en estos qubits lógicos estarán disponibles en vista previa privada para Azure Quantum Elements en los próximos meses. Por último, seguimos invirtiendo fuertemente en progresar más allá del Nivel 2, escalando al nivel de la supercomputación cuántica. Es por eso que hemos estado abogando por nuestro enfoque topológico, cuya viabilidad ha demostrado nuestro equipo de Azure Quantum. En el Nivel 3, esperamos poder resolver algunos de nuestros problemas más desafiantes, particularmente en campos como la química y la ciencia de materiales, desbloqueando nuevas aplicaciones que unen el cuántico a escala con lo mejor de la supercomputación clásica y la IA, todo conectado en la nube Quantum de Azure. Estamos emocionados de potenciar el genio colectivo y hacer accesibles estos avances a nuestros clientes. Para más detalles sobre cómo logramos los resultados de hoy, explora nuestro blog técnico y regístrate para la próxima serie de Innovadores Cuánticos con Quantinuum.
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