Alexander Miller, de California, recibió el reconocimiento de la Fundación Davidson por su proyecto RIDA, que busca mitigar errores en cálculos cuánticos. El trabajo fue evaluado en 100.000 casos de prueba.
Alexander Miller, un estudiante de 18 años de California, Estados Unidos, desarrolló un método para reducir los errores en los cálculos de las computadoras cuánticas. Su investigación fue reconocida por la Fundación Davidson, que le otorgó una beca de 25.000 dólares.
El proyecto se denomina Mitigación universal de errores cuánticos mediante aproximación despolarizante inversa aleatoria y propone una técnica para mejorar la precisión de los resultados en computación cuántica.
Por este trabajo, Miller recibió el reconocimiento Davidson Fellow Laureate. También fue seleccionado para el programa Regeneron Science Talent Search, obtuvo una medalla de bronce en la Olimpiada de Física de Estados Unidos y alcanzó la División Oro de la Olimpiada de Computación de ese país.
Su interés por la investigación comenzó durante la escuela secundaria, cuando se incorporó al Grupo de Investigación Soley de la Universidad de Wisconsin-Madison. Allí trabajó en la mejora de un algoritmo para simular sistemas químicos mediante computadoras cuánticas.
El problema de la computación cuántica que aborda el proyecto
La computación cuántica utiliza principios de la mecánica cuántica para procesar información. A diferencia de las computadoras tradicionales, que trabajan con bits que representan valores de cero o uno, las cuánticas emplean cúbits, capaces de representar combinaciones de ambos estados.
Esta característica permite desarrollar algoritmos que, para determinados problemas, podrían superar las capacidades de los sistemas informáticos convencionales. Entre sus posibles aplicaciones se encuentran la simulación de moléculas, el estudio de nuevos materiales y la investigación de procesos químicos relacionados con el desarrollo de medicamentos.
Uno de los principales obstáculos para ampliar el uso de las computadoras cuánticas es su elevada sensibilidad a los errores. Las perturbaciones del entorno, como las variaciones de temperatura y las vibraciones, pueden alterar los estados cuánticos y afectar la precisión de los cálculos. Por este motivo, los investigadores trabajan en técnicas capaces de identificar, corregir o mitigar esos errores sin necesidad de esperar a que exista un hardware completamente libre de fallas.
El proyecto de Miller se concentra en la mitigación de errores, es decir, en obtener estimaciones más precisas de los resultados incluso cuando las operaciones cuánticas presentan imperfecciones.
Cómo funciona el método RIDA
La técnica creada por Miller se denomina Random Inverse Depolarizing Approximation (RIDA), que puede traducirse como aproximación despolarizante inversa aleatoria.
Su propuesta parte de un modelo matemático que permite aproximar ciertos errores de los circuitos cuánticos mediante un tipo de ruido conocido como despolarizante. Para estimar el efecto de esas imperfecciones, el procedimiento utiliza una secuencia de operaciones cuánticas y su correspondiente inversión. En términos sencillos, el método ejecuta una parte del cálculo y luego intenta revertirla, como si se rebobinara una grabación hasta su punto de partida.
En condiciones ideales, esa inversión debería recuperar el estado inicial. Sin embargo, debido a los errores del sistema, el resultado puede presentar diferencias. A partir de esas desviaciones, el método estima el efecto del ruido y utiliza esa información para ajustar los resultados del cálculo original. De esta manera, busca reducir la influencia de las imperfecciones del hardware sin necesidad de eliminar físicamente todas las fuentes de error.
Miller evaluó su técnica mediante 100.000 casos de prueba, en los que obtuvo resultados más precisos y consistentes que dos enfoques de referencia utilizados para mitigar errores cuánticos. Otra característica del procedimiento es su potencial aplicación a diferentes arquitecturas de hardware cuántico, lo que podría ampliar su utilidad en futuras investigaciones. Los resultados corresponden a las pruebas realizadas en el marco de su investigación y no implican que el método elimine por completo los errores de las computadoras cuánticas.
Seis meses de investigación
El desarrollo de RIDA requirió varios meses de experimentación, revisión de resultados y modificaciones de los modelos matemáticos. Según explicó Miller, uno de los mayores desafíos fue encontrar un enfoque que resultara viable y que no hubiera sido explorado previamente por otros investigadores.
A los 16 años, mientras todavía cursaba la escuela secundaria, dedicó aproximadamente seis meses a formular hipótesis, probar alternativas y perfeccionar sus ideas. Durante ese proceso contó con la orientación de Richard Mark Soley, quien lo ayudó a analizar las técnicas existentes de mitigación de errores, revisar la literatura científica y mejorar tanto las demostraciones matemáticas como el artículo de investigación.
El trabajo recibió el reconocimiento de la Fundación Davidson, una organización estadounidense que distingue a estudiantes por sus contribuciones en áreas como ciencia, tecnología, ingeniería, matemáticas y otras disciplinas. La beca de 25.000 dólares representó uno de los principales reconocimientos obtenidos por Miller.
Tras finalizar la escuela secundaria, el joven comenzó sus estudios en la Universidad de Stanford, donde planea especializarse en física e informática. Su objetivo es continuar investigando métodos que permitan mejorar la precisión de los cálculos cuánticos, especialmente mientras los dispositivos actuales sigan presentando tasas de error que limitan sus aplicaciones prácticas.