Un avance en computación cuántica permite rastrear fluctuaciones de qubits en tiempo real

Investigadores del Instituto Niels Bohr han realizado un avance significativo en la detección de cambios en los estados cuánticos de los qubits, elementos fundamentales de las computadoras cuánticas. Gracias a un nuevo sistema de monitoreo en tiempo real, los científicos pueden ahora rastrear estas fluctuaciones a una velocidad 100 veces superior a la de los métodos anteriores.

Los qubits son extremadamente sensibles y su rendimiento puede verse afectado por pequeñas imperfecciones en los materiales que los componen. Hasta ahora, los métodos de prueba convencionales tardaban hasta un minuto en medir el rendimiento de un qubit, lo que resultaba insuficiente para captar cambios rápidos. Esto limitaba a los investigadores a obtener solo una tasa promedio de pérdida de energía, lo que ocultaba el comportamiento inestable de los qubits.

El equipo, liderado por el investigador postdoctoral Dr. Fabrizio Berritta, desarrolló un sistema de medición adaptativa que permite observar en tiempo real cómo cambia la tasa de pérdida de energía de un qubit. La investigación fue posible gracias a la colaboración con científicos de la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología, la Universidad de Leiden y la Universidad de Chalmers.

El nuevo sistema utiliza un controlador basado en FPGA (Field Programmable Gate Array), un tipo de procesador clásico diseñado para operaciones extremadamente rápidas. Esto permite que el sistema genere rápidamente una estimación de cuán rápido un qubit pierde energía, utilizando solo unas pocas mediciones, lo que elimina la necesidad de transferencias de datos más lentas a una computadora convencional.

El trabajo del equipo también reveló que las fluctuaciones en los qubits superconductores ocurren mucho más rápido de lo que se pensaba anteriormente. Los investigadores lograron actualizar el modelo interno del controlador después de cada medición de qubit, lo que permite que el sistema refine continuamente su comprensión del estado del qubit en tiempo real.

Este avance no solo mejora la capacidad de monitoreo de los qubits, sino que también ofrece nuevas perspectivas sobre cómo los científicos deben abordar la calibración y prueba de los procesadores cuánticos superconductores. El descubrimiento subraya la importancia de las asociaciones entre la investigación académica y la industria, así como el uso creativo de la tecnología disponible.

El Dr. Fabrizio Berritta destacó: "En las unidades de procesamiento cuántico, el rendimiento general no se determina por los mejores qubits, sino por los peores. Lo sorprendente de nuestro trabajo es que un qubit 'bueno' puede convertirse en 'malo' en fracciones de segundo, en lugar de minutos u horas. Con nuestro algoritmo, el hardware de control rápido puede identificar qué qubit es 'bueno' o 'malo' prácticamente en tiempo real, lo que permite recolectar estadísticas útiles sobre los qubits 'malos' en segundos en lugar de horas o días."