Los científicos enfrentan numerosos obstáculos antes de que las computadoras cuánticas se vuelvan lo suficientemente confiables como para que los usuarios confíen en sus resultados. El manejo de errores ha sido notoriamente difícil de manejar en equipos sensibles. Los científicos de la computación han descubierto recientemente otro obstáculo más que deben superar para cumplir la promesa que las computadoras cuánticas presentan a la humanidad: los rayos cósmicos.
Los rayos cósmicos son protones de alta energía y núcleos atómicos que se mueven por el espacio casi a la velocidad de la luz. La Tierra es bombardeada constantemente con ellos. De hecho, millones de rayos cósmicos penetran diariamente en el cuerpo humano. Hasta ahora, se ha descubierto que su fuente son estrellas como nuestro sol y supernovas.
En un artículo publicado en Nature Physics, se reveló que los rayos cósmicos podrían causar un problema importante cuando golpean una CPU cuántica en funcionamiento.
Los investigadores, que trabajan en Google Quantum AI, descubrieron que cuando un rayo cósmico golpea una computadora cuántica en funcionamiento, puede resultar en la formación de una cuasipartícula llamada fonón.
Phonon puede interrumpir las operaciones de una computadora cuántica al invertir el estado cuántico de un conjunto de qubits entrelazados. Los qubits son versiones de bits, unos y ceros de la computadora cuántica.
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Según un artículo publicado en Nature, los rayos cósmicos y la radiactividad latente «pueden ionizar el sustrato e inducir un estallido de cuasipartículas que destruye la coherencia qubit en todo el dispositivo». La coherencia es fundamental para el funcionamiento de un procesador cuántico y, si se altera, inutiliza todos los datos.
Los investigadores de Google probaron y observaron el comportamiento de un conjunto de 26 qubits que los investigadores consideraron más confiables. El equipo se dejó en estado inactivo durante 100 microsegundos. Los qubits confiables generalmente permanecen en su estado actual si no se los molesta.
Durante un impacto de rayo cósmico confirmado, se encontró que un total de 24 de los 26 qubits cambiaban erróneamente a un estado opuesto, un fenómeno que inutilizaría la salida del procesador cuántico.
Si bien la interferencia de los rayos cósmicos no es un problema nuevo, incluso pueden interferir con las computadoras tradicionales al alterar sus cargas eléctricas, los investigadores se están dando cuenta de que los procesadores cuánticos son mucho más susceptibles a la influencia de los rayos.
Se espera que el problema se vuelva más pronunciado a medida que aumenta el área de superficie de los procesadores cuánticos con la adición de más qubits entrelazados. Cuanto mayor sea el área de la superficie del chip, más oportunidades se crearán para la interferencia de los rayos cósmicos.
Los científicos, hasta ahora, no saben cómo compensar este fenómeno fuera de este mundo. No existe una forma práctica de bloquear de manera confiable los rayos cósmicos, sin embargo, puede haber algunas soluciones ingeniosas que los científicos de la computación cuántica pueden aprender de los astrónomos que han estado lidiando con la influencia de los rayos cósmicos en sus equipos sensibles durante algún tiempo.
Dado que los astrónomos han desarrollado formas de hacer frente a los rayos cósmicos cuando impactan en sus equipos de imágenes astronómicas, esto da esperanza a los científicos de la computación cuántica de que el problema no es insuperable.
