El avance de la computación cuántica ha dado un paso trascendental con el desarrollo del chip cuántico “Willow” de Google. Este chip de 105 cúbits ha logrado resolver en cinco minutos un problema que la supercomputadora más avanzada habría tardado 10 septillones de años en calcular. Este progreso no solo confirma la superioridad de la computación cuántica en ciertos escenarios, sino que también rompe barreras científicas planteadas hace casi tres décadas.
¿Qué es el chip cuántico ‘Willow’?
“Willow” es el último chip cuántico de Google, un procesador diseñado para superar limitaciones clave de la tecnología cuántica. Uno de los mayores retos de las computadoras cuánticas es su tendencia al error. Mientras que en las computadoras tradicionales solo uno de cada mil millones de billones de bits falla, en los sistemas cuánticos actuales, uno de cada mil cúbits presenta errores, lo que limita su escalabilidad y utilidad práctica.
El nuevo procesador de Google se distingue por su capacidad para operar por debajo del umbral de corrección de errores. Este concepto, propuesto por Peter Shor en 1995, significa que los errores en un sistema cuántico disminuyen exponencialmente a medida que se agregan más cúbits físicos al sistema. “Willow” es el primero en alcanzar este hito, marcando un camino claro hacia la creación de computadoras cuánticas más grandes y precisas.
Corrección de errores cuánticos
El avance logrado con el nuevo chip cuántico se basa en la implementación de cúbits lógicos, que consisten en redes de cúbits físicos trabajando juntos para codificar información. Si uno de los cúbits físicos falla, los datos aún pueden recuperarse gracias a los cúbits restantes en la red.
Para lograr este avance, los investigadores de Google realizaron múltiples mejoras:
- Optimización de los tiempos de coherencia, permitiendo que los cúbits permanezcan en superposición durante más tiempo.
- Uso de algoritmos de aprendizaje automático para identificar y corregir errores.
- Refinamiento de las técnicas de fabricación de dispositivos y protocolos de calibración.
Estos avances no solo mejoraron la fiabilidad de los cúbits individuales, sino que también permitieron que los sistemas cuánticos trabajen con niveles de error mucho menores que en generaciones anteriores.
Un problema de 10 septillones de años en cinco minutos
Para probar el rendimiento de “Willow”, los investigadores utilizaron un método estándar conocido como muestreo aleatorio de circuitos (RCS). En estas pruebas, el chip cuántico resolvió un problema en menos de cinco minutos, algo que habría tomado 10 septillones de años a las supercomputadoras más avanzadas de la actualidad. Esta cifra es casi un cuatrillón de veces mayor que la edad estimada del universo.
En comparación, el chup cuántico previo de Google, “Sycamore”, había alcanzado un hito similar en 2019, resolviendo un problema que requeriría 10,000 años de una supercomputadora convencional. Sin embargo, “Willow” lleva este rendimiento a nuevos niveles, superando a “Sycamore” en un factor de 20 en cuanto a precisión y capacidad.
Aunque estos logros son impresionantes, los científicos de Google reconocen que el siguiente paso no es simplemente alcanzar hitos de evaluación comparativa, sino demostrar aplicaciones prácticas para los chips cuánticos. Estas aplicaciones podrían incluir:
- Simulaciones cuánticas avanzadas que conduzcan a descubrimientos científicos.
- Optimización de problemas complejos en química, física y materiales.
- Creación de cúbits lógicos con tasas de error extremadamente bajas, como uno en un millón.
Para alcanzar este objetivo, Google planea construir cúbits lógicos más grandes y fiables. Según sus estimaciones, esto requeriría conectar 1,457 cúbits físicos en una red. Este esfuerzo implicará un delicado equilibrio entre el hardware físico avanzado y tecnologías de corrección de errores.
Un hito para la ciencia y la tecnología
El desarrollo del chip cuántico “Willow” es más que un avance tecnológico; es un paso adelante para la humanidad en el entendimiento de los límites de la computación. Julian Kelly, director de hardware cuántico en Google Quantum AI, destacó que este logro no solo es un avance técnico, sino un punto de inflexión en un desafío planteado hace más de 30 años.
“Demostrar que podemos operar un sistema por debajo del umbral de corrección de errores cuánticos es un hito fundamental para la comunidad científica y para el futuro de la computación cuántica”.
El procesador cuántico “Willow” de Google representa una nueva era en la computación cuántica, superando barreras que alguna vez se consideraron insuperables. Con una capacidad exponencialmente mayor para manejar errores y realizar cálculos complejos, “Willow” no solo redefine lo que las computadoras cuánticas pueden hacer, sino que allana el camino hacia aplicaciones prácticas que podrían transformar industrias enteras.
A medida que los científicos continúan perfeccionando esta tecnología, el potencial de la computación cuántica para resolver problemas globales parece más cercano que nunca. La promesa de un futuro donde estas máquinas revolucionen campos como la medicina, la energía y la inteligencia artificial está más viva que nunca.
Referencia:
- arXiv/Quantum error correction below the surface code threshold. Link.
