Investigadores de IBM Quantum, del Joint Center for Quantum Information and Computer Science (QuICS, vinculado al NIST y a la Universidad de Maryland) y del MIT desarrollaron un método que usa agentes de inteligencia artificial para descubrir nuevas formas de producir los llamados estados mágicos, un insumo esencial para que las computadoras cuánticas funcionen con corrección de errores. El trabajo, publicado como preprint en arXiv, mapeó 699 clases de fábricas de estados mágicos, de las cuales 564 eran desconocidas hasta ahora.
Por qué los estados mágicos son tan costosos
En las computadoras cuánticas tolerantes a fallos, las operaciones comunes pueden ejecutarse directamente, pero las operaciones no-Clifford —necesarias para la computación universal— dependen de estados mágicos purificados mediante un proceso conocido como destilación. Históricamente, se proyectó que este proceso consumiría hasta el 90% de los cúbits físicos y del tiempo de ejecución de una máquina, según el Quantum Computing Report. Reducir ese coste es uno de los mayores cuellos de botella en el camino hacia computadoras cuánticas útiles a gran escala.
Cómo buscaron los agentes de IA
Para explorar este espacio, el equipo combinó agentes de modelos de lenguaje con solucionadores deterministas en un ciclo automatizado: los agentes proponen órbitas de simetría, un solucionador de programación entera construye matrices candidatas de circuitos y un motor de verificación independiente valida las identidades de puertas y las distancias de código. Un agente revisor analiza los registros y redirige las rondas siguientes hacia las geometrías más prometedoras.
Entre los resultados destacados, los investigadores encontraron una fábrica que produce 287 estados T puros a partir de 1.715 entradas, la más pequeña conocida que rompe la barrera del exponente de sobrecarga por debajo de 1 (γ = 0,998). Otra configuración, con 850 entradas y 128 estados T, registró el exponente más bajo reportado para protocolos de destilación con hasta 1.000 entradas. El método también generó fábricas que producen estados entrelazados, como combinaciones de puertas T, CS y CCZ, sin pasos de descomposición.
Un preprint, no un resultado revisado
Es importante señalar el estado del trabajo: se trata de un preprint, es decir, un artículo divulgado antes de la revisión por pares. Los circuitos verificados se publicaron en un repositorio abierto, con un catálogo interactivo de las fábricas encontradas, para que otros investigadores puedan comprobar los resultados y usarlos en estimaciones de recursos.
El avance se conecta con la hoja de ruta de IBM para la computación cuántica tolerante a fallos, que prevé el sistema Starling, con 200 cúbits lógicos, para 2029, un plan que depende justamente de abaratar las fábricas de estados mágicos.
Crédito de la imagen: fotografía del IBM Quantum System One en Ehningen, Alemania, por IBM Research, con licencia CC BY 2.0 y disponible en Wikimedia Commons.
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Fuentes: preprint “Symmetry and AI-assisted discovery of magic-state factories” en arXiv; Quantum Computing Report; blog de IBM Quantum sobre el camino hacia la computación cuántica tolerante a fallos.
Transparencia: este artículo fue producido con ayuda de inteligencia artificial, a partir de publicaciones públicas y de fuentes de internet, incluido el preprint citado y la cobertura especializada. Recomendamos consultar las fuentes originales para confirmar los detalles técnicos. Los resultados descritos aún no han pasado por revisión por pares.
Muse