Las computadoras cuánticas son inmensamente prometedoras para abordar problemas complejos más allá del alcance de las computadoras clásicas. Piense en el descubrimiento de fármacos, la ciencia de materiales y la modelización financiera: todas áreas maduras para ser perturbadas por el poder de procesamiento único de la tecnología cuántica. Sin embargo, estas delicadas máquinas son notoriamente propensas a errores causados por el ruido ambiental y las imperfecciones en su hardware. Esto plantea un desafío importante: ¿cómo podemos confiar en los resultados que producen?
Ingrese a los protocolos de verificación criptográfica: protecciones de software diseñadas para garantizar que las computadoras cuánticas realicen cálculos con precisión y que sus resultados no hayan sido manipulados. Estos protocolos son cruciales para generar confianza en la computación cuántica, especialmente a medida que los sistemas crecen y se vuelven más complejos. Verificar los cálculos en máquinas cada vez más potentes será imposible mediante comparaciones tradicionales con simulaciones clásicas.
Investigadores de la Universidad de la Sorbona, la Universidad de Edimburgo y Quantinuum han logrado un gran avance, que han desarrollado un nuevo protocolo que permite a las computadoras cuánticas esencialmente autoverificar sus resultados. Este enfoque innovador, detallado en un artículo publicado en Physical Review Letters, se probó con éxito en el procesador cuántico H1-1 de Quantinuum, un importante paso adelante para la aplicación práctica.
Cómo funciona: criptografía para la seguridad en uno mismo
Tradicionalmente, los protocolos de verificación se han basado en comparar cálculos entre procesadores cuánticos separados o en el uso de computadoras clásicas para verificar los resultados. Este nuevo protocolo invierte el guión, integrando principios criptográficos directamente en un único chip cuántico. ¡Imagínese un ‘detector de mentiras’ integrado para computadoras cuánticas!
La clave es entrelazar las “pruebas” en la estructura misma del cálculo. Intercaladas aleatoriamente dentro de los cálculos hay comprobaciones que revelan si el hardware se está comportando correctamente. Al analizar los resultados de estas pruebas, el sistema puede determinar estadísticamente si sus cálculos son confiables. Piense en ello como un control de calidad integrado en la línea de producción.
“Hemos llevado una computación cuántica totalmente verificada a hardware real utilizando la tecnología actual”, explica Cica Gustiani, autora principal del estudio. “El protocolo ya funciona bajo supuestos muy generales sobre el ruido, que cubre la mayoría de los tipos de errores en la computación cuántica, y puede simularse de manera eficiente”.
Más allá de la teoría: una novedad en hardware real
Este no es sólo un ejercicio teórico. El equipo verificó con éxito el mayor cálculo cuántico basado en mediciones hasta la fecha, que involucra 52 qubits entrelazados (los componentes básicos de la información cuántica). Este logro demuestra que la verificación inspirada criptográficamente puede funcionar con hardware existente y ampliarse para manejar cálculos más grandes.
El futuro: Computación cuántica confiable
Si bien la computación cuántica aún se encuentra en sus primeras etapas, este desarrollo marca un paso crucial hacia la generación de confianza en la tecnología. A medida que las computadoras cuánticas se vuelvan más poderosas y extendidas, ser capaz de autoverificar los resultados será esencial para garantizar la precisión y la seguridad. Las investigaciones futuras se centrarán en perfeccionar el protocolo para manejar modelos de ruido más realistas e integrarlo con arquitecturas tolerantes a fallas, allanando el camino para una computación cuántica verdaderamente confiable y segura.
Esta verificación en chip abre posibilidades interesantes para varios campos, incluida la propia criptografía. Imaginemos comunicaciones ultraseguras basadas en las propiedades inherentes de la mecánica cuántica, protegidas por este mismo sistema de seguridad dentro de las propias computadoras cuánticas. El viaje hacia la computación cuántica práctica y confiable continúa, impulsado por avances innovadores como este.
