Willow: así es el sorprendente chip cuántico de Google que cambiará la computación cuántica

Además de la inteligencia artificial, una de las áreas que más destaca cuando hablamos del futuro es la computación cuántica. La idea detrás de la computación cuántica es utilizar propiedades de la mecánica cuántica que optimicen el procesamiento. En lugar de los bits clásicos que funcionan con 0 o 1, los qubits, o bits cuánticos, podrían funcionar en diferentes estados al mismo tiempo.

El gran problema surge porque, en la mecánica cuántica, los experimentos son sensibles y cualquier factor externo puede llevar a errores. Los qubits son un ejemplo de ello, ya que son sensibles a factores como la temperatura e incluso la radiación.

Estos factores acaban provocando errores que se acumulan cuanto más qubits hay en el sistema. Durante décadas, físicos e ingenieros han intentado resolver el problema asociado a los errores para avanzar en la computación cuántica.

Este mes, Google dio un paso de gigante para resolver estos problemas al presentar un chip cuántico llamado Willow. Según los autores del trabajo, Willow consigue minimizar los errores y mejorar la estabilidad, haciendo las operaciones más precisas. Además, la técnica también permite añadir más qubits a los sistemas ya que, según el artículo publicado en Nature, mientras más qubits, mayor será la reducción de errores.

Computación cuántica

Los computadores procesan información a través de bits que pueden tener un valor de 0 o 1. Las computadoras cuánticas procesan información usando qubits que pueden estar en diferentes estados simultáneamente. Además, la computación cuántica también aprovecha propiedades de la mecánica cuántica, como la superposición y el entrelazamiento cuántico, que ayudan en algunas operaciones posibles.

Debido a estas características, la computación cuántica puede ayudar a acelerar considerablemente el procesamiento de la información. Algunas estimaciones muestran que el procesamiento que llevaría miles de millones de años en una supercomputadora podría resolverse en sólo unos minutos. Con ello, la computación cuántica sería capaz de realizar simulaciones más rápidamente y tener impacto en áreas como la medicina o la seguridad.

Los principales desafíos

Aunque muchos físicos ya comprenden bien la teoría detrás de la computación cuántica desde mediados del siglo pasado, en la práctica surgen desafíos. El principal desafío reside en los qubits que son muy sensibles a factores externos como la temperatura, la presión o la radiación. Estos factores acaban generando ruido y dificultando el correcto procesamiento de la información.

En la computación clásica, los errores se pueden corregir hasta un cierto nivel que reduce el efecto en las operaciones. La corrección de errores cuánticos es mucho más compleja, principalmente debido a su naturaleza probabilística y, a menudo, estocástica. Esto crea un problema aún mayor cuando se colocan más qubits en un sistema. Varias empresas se centran en solucionar este problema mediante software o hardware.

Willow

Este mes, en la revista Nature, Google publicó un artículo que presenta un chip cuántico llamado Willow. Este chip fue creado precisamente para corregir errores cuánticos y uno de los resultados fue que cuantos más qubits mayor era la reducción de errores. Al realizar pruebas con matrices de qubits de 3x3, 5x5 y 7x7, la tasa de error se redujo a la mitad. Esto muestra que la reducción de la tasa de error es exponencial.

Otra ventaja que Google trajo con Willow es que se convierte en uno de los primeros en tener corrección de errores en tiempo real. La corrección en tiempo real es importante para que las operaciones y los cálculos no sufran tanta interferencia de ruido. Con Willow resolviendo estos dos problemas, la compañía cree que estamos más cerca de obtener software y algoritmos relevantes para la ciencia y la industria.

10 septillones de años en 5 minutos

Una forma de probar el rendimiento de una computadora cuántica es mediante una prueba llamada RCS o Random Circuit Sampling. Esta prueba es importante para argumentar que la computadora cuántica puede superar a las computadoras clásicas en RCS. La idea es comprobar si el ordenador cuántico puede realizar tareas que son imposibles en un ordenador clásico.

El resultado que logró el equipo de Google Quantum AI es que logró en menos de 5 minutos algo que las supercomputadoras más grandes de la actualidad tardarían 10 septillones de años. El tiempo que tardaría una computadora clásica supera la edad del universo y la mayoría de las veces considerada dentro de la física.

Fuentes y referencias de la noticia

- Google Quantum AI. Quantum error correction below the surface code threshold. Nature (2024).