Google demuestra que los ordenadores cuánticos sirven para algo en el mundo real

La computación cuántica ha pasado de ser una promesa futurista a un motor de descubrimientos verificables. Llevamos años escuchando que estos ordenadores van a cambiarlo todo, pero la verdad es que no se habían producido avances significativos.

Google ha demostrado por primera vez la superioridad de los ordenadores cuánticos

Sin embargo, la semana pasada, Google marcó un hito en el desarrollo de esta tecnología con la primera demostración de ventaja cuántica verificable. Este logro no solo subraya los esfuerzos en la exploración de aplicaciones cuánticas útiles, sino que también refuerza la confianza en el uso de cúbits superconductores para la computación cuántica compleja y a gran escala.

La ejecución del algoritmo fue 13.000 veces más rápida que los superordenadores más potentes del mundo

Quantum Echoes

Los investigadores de Google consiguieron ejecutar con éxito el algoritmo Quantum Echoes. Es la primera vez en la historia que un ordenador cuántico ha ejecutado con éxito un algoritmo verificable en hardware que supera a las supercomputadoras más rápidas.

La ejecución de Quantum Echoes fue 13.000 veces más rápida en Willow que el mejor algoritmo clásico en uno de los superordenadores más rápidos del mundo. Además, la velocidad del sistema permitió realizar millones de mediciones de Ecos Cuánticos en solo decenas de segundos, lo que posibilitó un total de un billón de mediciones a lo largo del proyecto.

Es decir, fue capaz de realizar en unos segundos los cálculos que todos los superordenadores del mundo juntos tardan años en conseguir.

Ventaja Cuántica Verificable

El concepto de "Ventaja Cuántica Verificable" implica que el resultado es repetible en el ordenador cuántico de Google —o en cualquier otro de calibre similar—, para confirmar la respuesta. Google señala que esta "computación repetible, más allá de la clásica, es la base para la verificación escalable, por lo que acerca a los ordenadores cuánticos a convertirse en herramientas para aplicaciones prácticas".

El algoritmo funciona como un eco altamente avanzado. Se envía una señal cuidadosamente elaborada al sistema cuántico, se perturba un cúbit y luego se invierte con precisión la evolución de la señal para "escuchar el eco" que regresa. Este eco se amplifica por interferencia constructiva, lo que hace que la medición sea increíblemente sensible.

Décadas de trabajo

Google asegura que este avance es el resultado de décadas de inversión en hardware y descubrimientos científicos. En su núcleo se encuentra el chip cuántico de alto rendimiento de la compañía, bautizado como Willow.

Este desarrollo nos acerca al objetivo de materializar la computación cuántica útil, un hecho posible gracias a la precisión y velocidad diseñadas en los sistemas de hardware cuántico de la compañía.

Willow: ingeniería de alto rendimiento

El chip Willow es el resultado de una trayectoria que comenzó hace más de 10 años, cuando Google Quantum AI fue fundada en 2012 con la visión de construir un ordenador cuántico útil y a gran escala, según explica al compañía.

Construido a partir de circuitos cuánticos superconductores, es un chip de última generación con una matriz de 105 cúbits. Esta tecnología se basa en el descubrimiento del efecto cuántico macroscópico en 1985.

Los cúbits superconductores, que funcionan como "átomos artificiales" macroscópicos, representan una plataforma de última generación para construir un ordenador cuántico tolerante a fallos, gracias a su equilibrio entre rendimiento y escalabilidad, impulsado por 40 años de investigación activa, según Google.

La calidad ha sido una prioridad clave en el diseño de Willow. Como destacan los expertos de Google, "simplemente producir un mayor número de cúbits no sirve de nada si no tienen la calidad suficiente".

Fragilidad cuántica

Para que un algoritmo como Quantum Echoes pueda ofrecer precisión y complejidad, el hardware debe tener dos rasgos clave: tasas de error extremadamente bajas y operaciones de alta velocidad. Google ha abordado el desafío de los errores cuánticos con un logro histórico anunciado en diciembre de 2024: la corrección de errores cuánticos exponencial, conocida como haber cruzado el umbral, o below threshold.

El desafío de los errores es fundamental, ya que los cúbits tienden a intercambiar información rápidamente con su entorno, lo que complica la protección de la información necesaria para el cálculo. Típicamente, cuantos más cúbits se utilizan, más errores ocurren. Sin embargo, los resultados publicados en la revista Nature mostraron que "cuantos más cúbits usamos en Willow, más reducimos los errores, y más cuántico se vuelve el sistema".

Más veloz que todos

Como medida adicional del rendimiento de Willow, se utilizó la prueba de muestreo de circuitos aleatorios (RCS, por sus siglas en inglés), que es la comparativa más difícil de realizar de forma clásica en un ordenador cuántico actualmente.

El rendimiento de Willow en esta prueba fue "asombroso". Realizó en menos de cinco minutos un cálculo que le llevaría a uno de los superordenadores más rápidos de hoy en día 10 septillones de años [o sea, un 10 con 25 ceros detrás]. El máximo responsable de Google Quantum AI, Hartmut Neven, explicó que esta "cifra alucinante supera las escalas de tiempo conocidas en la física y excede con creces la edad del universo".

Aunque el RCS es extremadamente difícil para los ordenadores clásicos, aún no ha demostrado aplicaciones comerciales prácticas. El siguiente desafío, por lo tanto, es demostrar una primera computación "útil, más allá de la clásica" que sea relevante para una aplicación del mundo real.

Uso real

Por eso, el objetivo final de Google Quantum AI es ejecutar algoritmos que estén más allá del alcance de los ordenadores clásicos y que sean útiles para problemas comerciales relevantes.

Los ordenadores cuánticos serán fundamentales para modelar fenómenos mecano-cuánticos, como la interacción de átomos, partículas y la estructura de las moléculas. El algoritmo Quantum Echoes ya ha demostrado su utilidad en este ámbito. El algoritmo es útil para "aprender la estructura de sistemas en la naturaleza, desde moléculas hasta imanes y agujeros negros".

La computación cuántica, según Google, será indispensable para recabar datos de entrenamiento inaccesibles para las máquinas clásicas y acelerar los avances en campos como la fusión nuclear, las nuevas medicinas y el diseño de baterías más eficientes para coches eléctricos. Muchos de estos juegos de aplicaciones "no serán factibles en ordenadores clásicos; están esperando ser desbloqueados con la computación cuántica".