Avanzando en la ciencia: Microsoft y Quantinuum demuestran los qubits lógicos más confiables registrados con una tasa de error 800 veces mejor que los qubits físicos
El día de hoy significa un logro importante para todo el ecosistema cuántico: Microsoft y Quantinuum demostraron los cúbits lógicos más confiables registrados. Al aplicar el innovador sistema de virtualización de cúbits de Microsoft, con diagnóstico y corrección de errores, al hardware de trampa de iones de Quantinuum, ejecutamos 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 cúbits lógicos sin destruirlos. Esto finalmente nos lleva fuera del nivel cuántico de escala intermedia ruidoso (NISQ) actual al nivel 2 de computación cuántica resiliente.
Este es un hito crucial en nuestro camino hacia la construcción de un sistema de supercomputación híbrido que pueda transformar la investigación y la innovación en muchas industrias. Es posible gracias al avance colectivo del hardware cuántico, la virtualización y corrección de cúbits cuánticos y las aplicaciones híbridas que aprovechan lo mejor de la IA, la supercomputación y las capacidades cuánticas. Con una supercomputadora híbrida impulsada por 100 cúbits lógicos confiables, las organizaciones comenzarían a ver ventajas científicas, mientras que una ampliación cercana a los 1000 cúbits lógicos confiables desbloquearía ventajas comerciales.
Las capacidades avanzadas basadas en estos qubits lógicos estarán disponibles en versión preliminar 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, son problemas de química y ciencia de los materiales. Sin embargo, la cantidad de posibles moléculas y materiales estables puede superar la cantidad de átomos en el universo observable. Incluso mil millones de años de computación clásica serían insuficientes para explorarlos y evaluarlos todos.
Por eso la promesa de la computación cuántica es tan atractiva. Las computadoras cuánticas a gran escala ofrecerían la capacidad de simular las interacciones de moléculas y átomos a un nivel cuántico que está más allá del alcance de las computadoras clásicas, lo que abriría el camino a soluciones que pueden ser un catalizador para un cambio positivo en nuestro mundo. Pero la computación cuántica es solo una capa para impulsar estos avances innovadores.
Ya sea para potenciar la productividad farmacéutica o para ser pioneros en la próxima batería sostenible , acelerar el descubrimiento científico requiere una plataforma informática híbrida diseñada específicamente. Los investigadores necesitan acceso a la herramienta adecuada en la etapa correcta de su proceso de descubrimiento para resolver de manera eficiente cada capa de su problema científico y obtener información donde más importa. Esto es lo que construimos con Azure Quantum Elements , que permite a las organizaciones transformar la investigación y el desarrollo con capacidades que incluyen la selección de conjuntos de datos masivos con IA, la reducción de opciones con computación de alto rendimiento (HPC) o la mejora de la precisión del modelo con el poder de la computación cuántica a escala en el futuro.
Seguimos mejorando 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.
Hacia la resiliencia
En un artículo que escribí en LinkedIn , utilicé la analogía de un "barco con fugas" para explicar por qué la fidelidad y la corrección de errores son tan importantes para la computación cuántica. En resumen, la fidelidad es el valor que utilizamos para medir la fiabilidad con la que una computadora cuántica puede producir un resultado significativo. Solo con una buena fidelidad tendremos una base sólida para escalar de forma fiable una máquina cuántica que pueda resolver problemas prácticos del mundo real.
Durante años, un enfoque utilizado para solucionar este problema ha sido aumentar la cantidad de cúbits físicos ruidosos junto con técnicas para compensar ese ruido, pero que no alcanzan los cúbits lógicos reales con tasas de corrección de errores superiores. La principal deficiencia de la mayoría de las máquinas NISQ actuales es que los cúbits físicos son demasiado ruidosos y propensos a errores para hacer posible una corrección de errores cuánticos robusta. Los componentes básicos de nuestra industria no son lo suficientemente buenos para que funcione la corrección de errores cuánticos, y es por eso que los sistemas NISQ incluso más grandes no son prácticos para aplicaciones del mundo real.
La tarea que se le plantea a todo el ecosistema cuántico es aumentar la fidelidad de los cúbits y permitir una computación cuántica tolerante a fallos, de modo que podamos utilizar una máquina cuántica para desbloquear soluciones a problemas que antes eran insolubles. En resumen, necesitamos hacer la transición a cúbits lógicos fiables, creados mediante la combinación de varios cúbits físicos para formar cúbits lógicos que protejan contra el ruido y permitan realizar cálculos largos (es decir, resilientes). Esto solo lo podemos lograr con un cuidadoso diseño conjunto de hardware y software. Si contamos con componentes de hardware de alta calidad y capacidades innovadoras de gestión de errores diseñadas para esa máquina, podemos obtener mejores resultados que los que podría darnos cualquier componente individual. Hoy hemos hecho precisamente eso.
“Los avances en la corrección de errores cuánticos y la tolerancia a fallos son importantes para aprovechar 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 la investigación y el desarrollo”.
Dr. Travis Humble, Director, Centro de Ciencias Cuánticas, Laboratorio Nacional de Oak Ridge
Un gran avance en el manejo de errores cuánticos
Por eso, hoy es un momento histórico: por primera vez en la historia de la industria, estamos avanzando del nivel 1 de computación cuántica básica al nivel 2 de computación cuántica resiliente . Ahora estamos entrando en la siguiente fase para resolver problemas significativos con computadoras cuánticas confiables. Nuestro sistema de virtualización de cúbits, que filtra y corrige errores, combinado con el hardware de Quantinuum demuestra la brecha más grande entre las tasas de error físico y lógico reportada hasta la fecha . Este es el primer sistema demostrado con cuatro cúbits lógicos que mejora la tasa de error lógico sobre la física en un orden de magnitud tan grande.
Igualmente importante es que ahora también podemos diagnosticar y corregir errores en los cúbits lógicos sin destruirlos, lo que se conoce como “extracción de síndrome activo”. Esto representa un gran avance para la industria, ya que permite una computación cuántica más confiable.
Con este sistema, hemos realizado más de 14.000 experimentos individuales sin ningún error. Puedes leer más sobre estos resultados aquí .
“La corrección de errores cuánticos a menudo parece muy teórica. Lo sorprendente aquí es la enorme contribución que el software de Microsoft para la optimización de cúbits está haciendo a la reducción de los índices de error. Microsoft realmente está poniendo la teoría en práctica”.
Dr. David Shaw, analista jefe de Global Quantum Intelligence
Una colaboración de larga data con Quantinuum
Desde 2019, Microsoft colabora con Quantinuum para permitir que los desarrolladores cuánticos escriban y ejecuten su propio código cuántico en tecnología de cúbits con trampa de iones, que incluye alta fidelidad, conectividad total y mediciones de circuito intermedio. Varias pruebas de referencia publicadas reconocen que Quantinuum tiene los mejores volúmenes cuánticos, lo que los coloca en una buena posición para ingresar al Nivel 2.
“Los resultados de hoy marcan un logro histórico y son un maravilloso reflejo de cómo esta colaboración continúa ampliando los límites del 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 entusiasmados por la próxima evolución en aplicaciones cuánticas y estamos ansiosos por 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 productos de Quantinuum
El hardware de Quantinuum funciona con una fidelidad física de dos cúbits del 99,8 %. Esta fidelidad permite la aplicación de nuestro sistema de virtualización de cúbits, con diagnóstico y corrección de errores, y hace posible el anuncio de hoy. Este sistema cuántico, con la innovación conjunta de Microsoft y Quantinuum, nos lleva al nivel 2 de resiliencia.
Supercomputación cuántica pionera, juntos
En Microsoft, nuestra misión es empoderar a cada individuo y organización para que logren más. Hemos traído 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 de alto rendimiento en la nube en la versión preliminar privada de Azure Quantum Elements. Usamos esta plataforma para diseñar y demostrar un flujo de trabajo de extremo a extremo que integra Copilot, Azure Computing y un algoritmo cuántico que se ejecuta en procesadores Quantinuum para entrenar un modelo de IA para la predicción de propiedades.
El anuncio de hoy continúa con este compromiso al avanzar el hardware cuántico al nivel 2. Las capacidades avanzadas basadas en estos qubits lógicos estarán disponibles en versión preliminar privada para Azure Quantum Elements en los próximos meses.
Por último, seguimos invirtiendo mucho en avanzar más allá del nivel 2, escalando al nivel de la supercomputación cuántica. Por eso hemos estado defendiendo 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, en particular en campos como la química y la ciencia de los materiales, desbloqueando nuevas aplicaciones que combinen la cuántica a escala con lo mejor de la supercomputación clásica y la IA, todo conectado en la nube de Azure Quantum.
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