Investigadores de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL) y de diversas instituciones internacionales han identificado una restricción fundamental que limita el rendimiento de las computadoras cuánticas modernas. Su estudio, publicado en Nature Physics, demuestra que el ruido acumulado provoca que los circuitos cuánticos «olviden» sus operaciones iniciales, dejando que solo las capas finales de un cálculo influyan en el resultado.
Los circuitos cuánticos funcionan mediante una secuencia de operaciones que dependen de una coordinación precisa para resolver problemas complejos. Sin embargo, este proceso es vulnerable al «ruido», o inestabilidad ambiental, que altera el delicado estado de los cúbits. El equipo de investigación, dirigido por Armando Angrisani y Yihui Quek, determinó que este ruido actúa como un filtro que degrada los datos a medida que avanzan por el circuito.
El deterioro de la profundidad computacional
Al modelar grandes grupos de circuitos cuánticos, los científicos rastrearon cómo fluye la información a través de capas de operaciones de dos cúbits. Descubrieron que, en cualquier entorno con ruido, la influencia de los pasos iniciales se desvanece rápidamente. Como consecuencia, incluso si un circuito está diseñado para ser profundo, su resultado computacional real está dominado únicamente por las últimas capas.
Este comportamiento explica por qué los circuitos cuánticos profundos a menudo no logran superar a sus homólogos más simples. Añadir más pasos a un sistema con ruido no aumenta necesariamente la potencia de procesamiento, ya que las operaciones iniciales, que suelen ser más complejas, se vuelven irrelevantes para el resultado final. En muchos casos, el ruido acumulado hace que estos sistemas profundos actúen como modelos mucho más sencillos y de menor capacidad.
Estos hallazgos sugieren que las estrategias actuales para escalar la tecnología cuántica se enfrentan a un techo práctico. Para muchas aplicaciones, especialmente aquellas que involucran mediciones locales, aumentar el número de operaciones ofrece rendimientos decrecientes. Los investigadores subrayan que los futuros avances deben priorizar la reducción del ruido o el desarrollo de arquitecturas de circuitos capaces de mantener la coherencia a pesar de las interferencias externas.
Además, el estudio advierte contra la sobreestimación de las capacidades del hardware actual. Debido a que el ruido simplifica la complejidad efectiva de un circuito, algunos sistemas profundos pueden parecer más fáciles de entrenar o simular de lo que sugiere su diseño teórico. Los científicos deben tener en cuenta este efecto de «memoria que se desvanece» para evitar generar expectativas poco realistas sobre lo que las máquinas cuánticas de hoy son realmente capaces de calcular.
