Hardware · Quantum Computing
Sandia ejecuta sumas tolerantes a fallos por debajo del umbral en el Helios-1 de Quantinuum
Con dos códigos pequeños de detección de errores, las sumas de uno a tres bits fallan menos en Helios-1 que sin codificar. Con cuatro y cinco bits, ya no.
Lo esencial
- En Helios-1, las sumas codificadas de uno a tres bits fallan menos que las físicas; con cuatro y cinco bits ya no.
- La mejor cifra, más de 50 veces menos fallos en la suma de un bit, se apoya en un solo fallo observado y tiene un margen de error casi igual al valor.
- Los códigos detectan y descartan: los intentos válidos bajan de más del 60 % con un bit a cerca del 1 % con cinco.
Un equipo de los Laboratorios Nacionales Sandia y de la Universidad de Nuevo México ha ejecutado sumas tolerantes a fallos en Helios-1, el ordenador cuántico de iones atrapados de 98 qubits de Quantinuum, con menos fallos que la misma suma hecha directamente sobre los qubits físicos. Lo cuentan Jacob S. Nelson, Andrew J. Landahl y Andrew D. Baczewski en un preprint publicado en arXiv el 9 de octubre, que todavía no ha pasado revisión por pares.
La suma es una pieza básica de muchos algoritmos cuánticos, incluidos los de factorización. Los autores compilaron un sumador clásico de acarreo en cadena, el de Cuccaro y otros, para números de uno a cinco bits, sobre una arquitectura propia que codifica la información en dos códigos pequeños, de 8 y de 4 qubits físicos. Son códigos de detección de errores, no de corrección: cuando detectan un error, el intento se descarta.
Lo que han medido
- Una comprobación gratis. El sumador devuelve a cero un qubit auxiliar al terminar. Comprobar que vuelve a cero detecta errores que los códigos solos no verían: según los autores, en muchos puntos del circuito hacen falta cuatro errores, no dos, para que uno pase sin detectar.
- Uno a tres bits, mejor que sin codificar. En la suma de un bit, tras quitar las tandas con ráfagas de errores, observaron un solo fallo lógico: una tasa estimada de (6,0 ± 5,9) × 10−5, frente a (3,5 ± 1,3) × 10−3 sin codificar, más de 50 veces menos. Con dos y tres bits la versión codificada también falla menos.
- Cuatro y cinco bits, justo por encima. Con cuatro bits, la versión codificada falla algo más que la física. Con cinco, los resultados se salen de la tendencia de los demás, se repitieron en varios días y los autores no tienen todavía una explicación completa.
- Muchos descartes. La proporción de intentos que superan todas las comprobaciones pasa de algo más del 60 % con un bit a cerca del 1 % con cinco. En el circuito sin codificar se mantiene por encima del 95 %.
Aviso · qué no demuestra este trabajo
La cifra de un bit se apoya en un único fallo, y su margen de error es casi tan grande como el valor. Sale de quitar las tandas en las que la máquina, según los autores, no funcionaba como de costumbre, algo que identificaron después de recoger los datos. Las entradas eran números clásicos, no superposiciones, y detectar y descartar no escala: la proporción de intentos válidos cae de forma exponencial con el tamaño del circuito.
Qué cambia para quien tiene que decidir
No acerca la factorización de claves: cinco bits quedan a muchos órdenes de magnitud de lo que haría falta. Lo que muestra es el estado real de la computación tolerante a fallos temprana: con códigos pequeños se gana en circuitos cortos y la ventaja se pierde en cuanto el circuito crece, sobre todo porque los qubits que esperan sin comprobar acumulan errores y, según los autores, Helios-1 no permite comprobar en paralelo varios bloques codificados. Su conclusión, diseñar a la vez el algoritmo y la arquitectura para aprovechar comprobaciones como la del sumador, es una pista útil para leer los anuncios de hitos lógicos: conviene mirar cuántos intentos se descartan y con qué tamaño de circuito se mide.