Premios de investigación para estudiantes 2020: Alonso Hernández Antón

Uno de los principales desafíos que plantea el desarrollo de un ordenador cuántico reside en los errores que tienen lugar durante sus cálculos. Las operaciones experimentan ruido, inherente a los qubits y su entorno, que es especialmente nocivo debido a la fragilidad que los estados cuánticos tienen frente a perturbaciones externas. Se podría pensar en detener los cálculos, evaluar si ha habido algún error y, en caso de encontrarlo, corregirlo. Sin embargo, medir el estado del procesador destruye también las correlaciones cuánticas que forman la base de su ventaja competitiva sobre los ordenadores convencionales. Son, por ello, necesarios algoritmos específicos, que pasan por la codificación redundante de cada qubit lógico en un número de qubits físicos, capaces de detectar y corregir errores en ellos sin necesariamente conocer su estado.

Esta redundancia, en la práctica, implica que se necesitan miles, como mínimo, qubits físicos para empezar a pensar en aplicaciones útiles (desde el punto de vista industrial). Una alternativa es utilizar unidades básicas, en nuestro caso moléulas magnéticas, que puedan albergar el número de qubits suficiente para codificar un qubit lógico. Sin embargo, la complejidad de las operaciones necesarias para corregir errores sigue siendo elevada y debemos pensar en cómo optimizar estas operaciones dentro de cada molécula.

Nuestro trabajo busca optimizar puertas lógicas realizadas con campos externos sobre moléculas magnéticas. Para ello, hemos diseñado un procedimiento de cálculo, basado en técnicas de control  óptimo. El código permite optimizar la implementación de operaciones, teniendo en cuenta las características del sistema físico en cuestión, las limitaciones de la instrumentación y el ya mencionado ruido externo. Este trabajo abre la puerta al diseño de nuevos procesadores moleculares y la implementación experimental de códigos de corrección de errores.

(Resumen Completo: Alonso Hernandez)