La tolerancia a fallos es un concepto fundamental en la computación cuántica, ya que permite el diseño de circuitos cuánticos confiables a pesar de las imperfecciones de los bits cuánticos (qubits) y las compuertas. En los ordenadores cuánticos tolerantes a fallos, los qubits y las compuertas lógicas, que son confiables y ejecutan el algoritmo del usuario, están compuestos por numerosos qubits y compuertas físicos ruidosos. Esta red interconectada de componentes físicos, cuando se controla adecuadamente, permite que los dispositivos cuánticos ruidosos funcionen como máquinas de computación confiables.

La tolerancia a fallos es crucial porque desbloquea el verdadero potencial de la computación cuántica, permitiendo aplicaciones transformadoras en diversos campos como avances científicos, ciclos de desarrollo de medicamentos más rápidos, nuevos materiales para baterías y métodos mejorados para la fabricación de fertilizantes y captura de carbono. Estas aplicaciones tienen el potencial de revolucionar la sociedad y la economía.

Para ejecutar estas aplicaciones transformadoras se requieren circuitos cuánticos con millones e incluso miles de millones de compuertas. Solo los ordenadores cuánticos tolerantes a fallos pueden manejar circuitos de esta escala sin producir resultados poco confiables. Equipos de investigación de academias e industria han contribuido a definir los requisitos de compuertas y qubits para estas aplicaciones. Estimaciones específicas de recursos, incluyendo el número de qubits y compuertas lógicas, proporcionan un objetivo tangible para los futuros ordenadores cuánticos tolerantes a fallos.

Los dispositivos NISQ de hoy en día, con sus altos niveles de ruido, no pueden manejar circuitos con los extensos requisitos de compuertas para aplicaciones transformadoras. Las técnicas de mitigación de ruido a menudo son impracticables, requiriendo demasiadas repeticiones o ejecuciones experimentales con resultados poco confiables. La tolerancia a fallos es la clave para cerrar la brecha de 10000X entre los requisitos de compuertas de los dispositivos NISQ actuales y los necesarios para las aplicaciones transformadoras. Por lo tanto, muchos de los principales equipos de computación cuántica están dedicados actualmente al desarrollo de ordenadores cuánticos tolerantes a fallos.

El progreso en tres áreas es crucial para cerrar esta brecha. En primer lugar, los algoritmos deben volverse aún más eficientes, reduciendo el número de compuertas requeridas para los cálculos. En segundo lugar, se necesitan mejoras en el hardware para hacer posible la tolerancia a fallos. Por último, se deben desarrollar arquitecturas de tolerancia a fallos para optimizar el rendimiento del hardware imperfecto. Lograr un progreso significativo en estas áreas desbloqueará el impacto revolucionario de la computación cuántica en la sociedad y la economía.

Para profundizar en el concepto de tolerancia a fallos y su importancia en la computación cuántica, el documento completo de la Parte 1 está disponible para descargar en el sitio web de GQI.

Autor: Dr. Ish Dhand, CEO y co-fundador de QC Design.

Fuentes: GQI, Quantum Computing Report, CALTECH, ETH, MacquarieU, UMaryland, USherbrooke, UToronto, UVienna, UWashington, Google, Microsoft, PsiQuantum, Xanadu, BASF SE, Boehringer Ingelheim, Mercedes-Benz, Volkswagen.

Nota: Las opiniones y puntos de vista en este informe pertenecen al autor y no reflejan necesariamente las conclusiones o hallazgos de GQI.

Sources:
– GQI
– Quantum Computing Report
– CALTECH
– ETH
– MacquarieU
– UMaryland
– USherbrooke
– UToronto
– UVienna
– UWashington
– Google
– Microsoft
– PsiQuantum
– Xanadu
– BASF SE
– Boehringer Ingelheim
– Mercedes-Benz
– Volkswagen.