Google anunció recientemente un gran avance en el campo de la computación cuántica, generando un gran interés en la comunidad tecnológica mundial. Su nuevo chip de IA cuántica resolvió una ecuación que una computadora convencional necesitaría un trillón de años (un sextillón de años) para resolver, en tan solo 5 minutos. Esta asombrosa diferencia de velocidad es impactante para cualquiera.

Los cuellos de botella y el avance de la computación cuántica

Si bien la computación cuántica suena futurista y fascinante, durante mucho tiempo ha enfrentado problemas de inestabilidad. Las partículas diminutas no siguen las reglas de los objetos cotidianos, e incluso los chips más avanzados pueden fallar debido a interferencias mínimas en su estado frágil. Durante décadas, los investigadores han intentado aprovechar esta inestabilidad para realizar cálculos, pero se han visto limitados por la dificultad de corregir la rápida acumulación de errores.

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Nota de la fuente: Imagen generada por IA, proveída por Midjourney.

La tecnología de corrección de errores cuánticos ofrece una posible solución, pero en sí misma es compleja. Requiere la transmisión de información entre múltiples cúbits (la unidad básica de datos cuánticos), algo teóricamente sencillo, pero en la práctica se convierte en un desafío complejo. Si se involucran demasiados cúbits, resulta difícil mantener la tasa de errores por debajo de un umbral crítico.

Hasta hace poco, nadie había podido demostrar que la tasa de errores podía reducirse por debajo del punto crítico para códigos diseñados específicamente para la escalabilidad. La nueva arquitectura de chip cuántico de Google ha cambiado esta situación.

El sorprendente rendimiento del chip "Willow"

Hartmut Neven, fundador del laboratorio de IA cuántica de Google y científico cuántico, calificó el rendimiento del chip "Willow" como "asombroso". Añadió que sus resultados de cálculo de alta velocidad "confirman la idea de que el cálculo cuántico ocurre en muchos universos paralelos". Neven también mencionó al físico de la Universidad de Oxford, David Deutsch, cuya teoría sugiere que el desarrollo exitoso de una computadora cuántica podría respaldar la "interpretación de muchos mundos" de la mecánica cuántica y la existencia de un multiverso.

Deutsch, pionero de la computación cuántica desde la década de 1970, investigó la computación cuántica principalmente para verificar su teoría del multiverso.

El concepto de universos paralelos

Los universos paralelos, también conocidos como universos alternativos o multiverso, se refieren a otras realidades que podrían coexistir con nuestro propio universo. Imagine que nuestro universo es solo una burbuja en una vasta espuma cósmica, donde cada burbuja es un universo diferente con sus propias leyes físicas, historia e incluso versiones diferentes de nosotros mismos.

Los científicos exploran este concepto a través de teorías como el multiverso, que sugieren que podrían existir innumerables otros universos, cada uno con su propio conjunto de posibilidades. Aunque aún no hemos encontrado evidencia tangible de universos paralelos, la idea genera debates interesantes sobre la naturaleza de la realidad y lo que existe más allá de lo que vemos y entendemos actualmente.

Controversia y elogios

Sin embargo, Ethan Siegel, escritor y astrofísico, no está de acuerdo con la perspectiva de Google. Acusó a Google de "confundir conceptos no relacionados, algo que Neven debería saber".

Siegel explicó que Neven confunde el espacio matemático en el que ocurre la mecánica cuántica con el concepto de universos paralelos y multiverso. Según Siegel, incluso si las computadoras cuánticas tienen éxito, no pueden probar la existencia de universos paralelos.

A pesar de las discrepancias, Siegel elogió el logro de Google con el chip "Willow", calificándolo como "un avance verdaderamente excepcional en el campo de la computación cuántica". Cree que este avance podría ayudar a resolver algunos de los problemas más importantes de la Tierra, como el descubrimiento de nuevos medicamentos, el diseño de mejores baterías para vehículos eléctricos y el avance de la fusión y las nuevas energías.

Neven también expresó el mismo optimismo: "Muchas de estas aplicaciones futuras que cambiarán las reglas del juego son inviables en las computadoras tradicionales; están esperando ser desbloqueadas mediante la computación cuántica".

El avance tecnológico del chip "Willow"

El chip "Willow" es el último procesador superconductor diseñado por el equipo de IA cuántica de Google. A diferencia de los dispositivos antiguos que tenían dificultades para controlar los errores, "Willow" lleva el rendimiento a una nueva área, soportando la tecnología diseñada para que la corrección de errores cuánticos realmente cumpla su promesa.

El sistema cumple con las condiciones de un método específico llamado "código de superficie". Los intentos anteriores encontraron obstáculos al agregar más cúbits, pero "Willow" superó este obstáculo.

Distancia de código y corrección de errores cuánticos

Los marcos de corrección de errores cuánticos a menudo mencionan algo llamado "distancia de código". En términos simples, esto representa la cantidad de cúbits utilizados para proteger un bloque de datos cuánticos. Si se cumplen ciertas condiciones, una mayor distancia (por ejemplo, pasar de una distancia de código de 3 a 5 y luego a 7) debería reducir la probabilidad general de fallas.

En el nuevo dispositivo, cada aumento de nivel de distancia reduce a la mitad la tasa de errores lógicos. Esta mejora ha sido durante mucho tiempo un objetivo principal de los investigadores de la computación cuántica.

Según los resultados de la investigación publicados, Hartmut Neven, fundador del laboratorio de IA cuántica de Google y científico cuántico, declaró que "Willow completó un cálculo de referencia estándar en cinco minutos, mientras que una de las supercomputadoras más rápidas de la actualidad necesitaría 10 sextillones de años para hacerlo".

Rendimiento duradero y corrección de errores en tiempo real

Las pruebas que solo se ejecutan durante unos pocos ciclos pueden no revelar la estabilidad completa del sistema. El nuevo chip cuántico de Google supera este problema al elevar el rendimiento a un millón de ciclos. El dispositivo mantiene su rendimiento por debajo del umbral en escalas de tiempo que normalmente abrumarían a otros sistemas. Mantener la precisión de la decodificación en tiempo real durante tanto tiempo no es tarea fácil.

El equipo detrás de "Willow" organizó sus operaciones para que las correcciones pudieran aplicarse instantáneamente. Este método asegura que el chip no se desvíe de su curso.

Sundar Pichai, CEO de Google, dijo: "Creemos que 'Willow' es un paso importante en nuestro viaje para construir computadoras cuánticas útiles".

Más allá de los cuellos de botella tradicionales

Las supercomputadoras tradicionales utilizan miles de millones de pequeños interruptores que funcionan de una manera bien entendida para procesar tareas complejas. En contraste, las computadoras cuánticas aprovechan fenómenos que no se pueden reducir a atajos clásicos. Hasta ahora, el problema siempre ha sido cómo mantener los delicados estados cuánticos con vida el tiempo suficiente para realizar cálculos significativos.

Con "Willow", el equipo demostró que los cúbits pueden trabajar juntos de una manera que evita que los errores se descontrolen. La demostración muestra que los chips cuánticos pueden avanzar hacia cálculos que están más allá de las capacidades de los sistemas tradicionales.

El futuro de la computación cuántica

El objetivo de Google es utilizar hardware que pase estas rigurosas pruebas de confiabilidad para demostrar que la computación cuántica no se quedará para siempre en la etapa de problemas de juguete.

Aumentar la distancia de código sin perder la capacidad de corrección de errores sugiere que una gran cantidad de cúbits algún día podría impulsar algoritmos relevantes para tareas reales, como acelerar simulaciones complejas, mejorar los procesos de descubrimiento de fármacos y explorar nuevos materiales para el almacenamiento de energía.

El éxito de "Willow" en el logro de tasas de error por debajo del umbral durante períodos de tiempo más largos podría alentar los esfuerzos de las industrias que han estado esperando evidencia convincente de que el hardware cuántico se convertirá en herramientas confiables.

Cuando la corrección de errores se convierta en algo rutinario, el objetivo de la corrección de errores cuánticos nunca ha sido eliminar completamente los errores, sino hacerlos tan raros que la máquina pueda ejecutar un cálculo hasta el final.

Si los diseños futuros se basan en la estabilidad y la capacidad de ampliación de "Willow", algún día esta corrección de errores podría ocurrir en segundo plano, invisible para el usuario. Alcanzar este nivel de tolerancia a fallos permitiría a las computadoras cuánticas manejar cargas de trabajo que están muy más allá del alcance del hardware clásico. Esto revela vías prácticas para ampliar estas increíbles máquinas.

La colaboración global impulsa la corrección de errores cuánticos

Los esfuerzos de Google Quantum AI y otros grupos globales no son aislados. El campo de la corrección de errores cuánticos atrae a muchos investigadores que trabajan para encontrar caminos hacia dispositivos prácticos.

En la última década, las investigaciones han demostrado la importancia de ciertos diseños de red y la disposición cuidadosa de los cúbits lógicos. "Willow" ahora demuestra que, con la arquitectura de chip y el esquema de corrección de errores correctos, es posible cruzar el umbral.

Esto acerca al campo a la construcción de máquinas que pueden resolver problemas útiles. Si bien el viaje aún no ha terminado, una pieza importante del rompecabezas ya está en su lugar.