Por Mónica Hernández

El Advanced Quantum Testbed (AQT) en Lawrence Berkeley National Lab (mejor conocido como “Berkeley Lab”) es un laboratorio de investigación de computación cuántica financiado por el programa de Investigación de Computación Científica Avanzada (ASCR por sus siglas en inglés) de la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía (DOE). Basado en las tecnologías de circuitos superconductores, el laboratorio aprovecha la investigación y el desarrollo en Berkeley Lab durante décadas, y se beneficia de las inversiones de la Oficina de Ciencia del DOE en el creciente portafolio de informática cuántica en Berkeley Lab.

AQT también opera una plataforma de pruebas experimentales (o “testbed”) para usuarios provenientes de universidades, laboratorios nacionales e industria. Los usuarios se seleccionan a través de un proceso anual, y obtienen acceso completo a la plataforma, incluyendo las especificaciones sobre la arquitectura, el funcionamiento y el rendimiento. Las colaboraciones investigativas permiten una amplia exploración de la ciencia novedosa en AQT para las aplicaciones que dependen de la computación cuántica. La tercera convocatoria está abierta y el plazo para ingresar las propuestas preliminares de investigación vence el 14 de octubre de 2022.

“Con esta plataforma de pruebas de vanguardia, estamos haciendo y evaluando las preguntas científicas básicas necesarias para guiar el futuro desarrollo de las computadoras cuánticas", afirmó Irfan Siddiqi, director de AQT.

Desde su creación en 2018, AQT reúne científicos e investigadores posdoctorales especializados en firmware y software, algoritmos cuánticos, procesadores y controles, así como expertos, estudiantes de posgrado y bachillerato de la Universidad de California, Berkeley. Además, el equipo de AQT incluye investigadores del MIT Lincoln Laboratory.

“AQT permite a los científicos y estudiantes acceder a sistemas de hardware y software de clase mundial, estableciendo un entorno único para asesorar, compartir, y fomentar redes de intercambios en el ecosistema cuántico", comentó David I. Santiago, líder técnico de AQT.

Durante cuatro años, AQT ha liderado avances experimentales significativos, y en una amplia gama de temas. Algunos de los avances publicados en la literatura científica incluyen:

Controles clásicos para procesadores cuánticos

Los procesadores cuánticos requieren controles electrónicos costosos que puedan manipular los cúbits con precisión. Sin embargo, desarrollar el hardware de control que maximice el rendimiento de las computadoras cuánticas es un reto teórico y experimental. Los investigadores de AQT están abordando estos desafíos mediante el diseño de hardware de control modular para los procesadores superconductores. Adicionalmente, han compartido los detalles del sistema a través del modelo colaborativo de código abierto ( “open source”) para que pueda ser aprovechado y mejorado por la comunidad. Lea más:

Hardware open source para computadoras cuánticas

Cómo un nuevo sistema de control por radiofrecuencia mejora las computadoras cuánticas

Métodos mejorados de caracterización, evaluación y mitigación de errores

Los investigadores de AQT en colaboración con usuarios de la platforma demostraron que un método experimental conocido como compilación aleatoria (o “randomized compiling”, RC por sus siglas en inglés ) puede reducir drásticamente las tasas de error en los algoritmos cuánticos y hacer cálculos cuánticos más precisos y estables. Utilizando un procesador cuántico superconductor de cuatro cúbits los investigadores demostraron que el RC puede suprimir uno de los tipos de errores más serios en las computadoras cuánticas: los errores coherentes. Continúe leyendo:

Demostración clave sobre la mitigación de errores para computadoras cuánticas

Los investigadores de AQT probaron un método de caracterización de errores (“randomized benchmarking”, RB) en un procesador cuántico con cútrits (sistema ternario) lo que marcó un hito significativo para la evaluación comparativa de la precisión de los dispositivos basados ​​en cútrits y la identificación de las barreras que se deben superar en futuras investigaciones. Más información:

Caracterización de errores utilizando cútrits

Puertas lógicas cuánticas novedosas y redes optimizadas

Los investigadores desarrollaron la primera puerta lógica nativa iToffoli de alta fidelidad de tres cúbits en un procesador superconductor de información cuántica, y en un solo paso. Esta demostración agrega una nueva puerta lógica nativa de tres cúbits que es fácil de implementar para la computación cuántica universal. Para más información:

Avance en puertas lógicas cuánticas: un iToffoli de alta fidelidad

En asociación con la startup Super.tech (adquirida por ColdQuanta), los investigadores demostraron cómo un compilador inteligente diseñado específicamente para hardware superconductor puede optimizar circuitos, puertas y redes, y ejecutar algoritmos cuánticos menos propensos a errores, como el algoritmo de optimización aproximada cuántica (QAOA, por sus siglas en inglés).

Lectura relacionada:

Optimización de redes SWAP para la computación cuántica

Para leer más sobre AQT, incluyendo los últimos manuscritos (“preprints”) y la tercera convocatoria anual de propuestas de usuarios de este año, visite: https://aqt.lbl.gov/

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Founded in 1931 on the belief that the biggest scientific challenges are best addressed by teams, Lawrence Berkeley National Laboratory and its scientists have been recognized with 16 Nobel Prizes. Today, Berkeley Lab researchers develop sustainable energy and environmental solutions, create useful new materials, advance the frontiers of computing, and probe the mysteries of life, matter, and the universe. Scientists from around the world rely on the Lab’s facilities for their own discovery science. Berkeley Lab is a multiprogram national laboratory, managed by the University of California for the U.S. Department of Energy’s Office of Science.

DOE’s Office of Science is the single largest supporter of basic research in the physical sciences in the United States, and is working to address some of the most pressing challenges of our time. For more information, please visit energy.gov/science.