tecnología, computación cuántica, Google, Willow
 |
| Un criostato en las instalaciones de computación cuántica de Google. Crédito: Google Quantum AI |
La hazaña de corrección de errores demuestra que las computadoras cuánticas se volverán más precisas a medida que crezcan.
10 diciembre 2024.- Los investigadores de Google han construido un chip que les ha permitido demostrar los primeros cálculos cuánticos "por debajo del umbral", un hito clave en la búsqueda para construir computadoras cuánticas que sean lo suficientemente precisas para ser útiles .
El experimento, descrito el 9 de diciembre en Nature 1 , muestra que con las técnicas adecuadas de corrección de errores, los ordenadores cuánticos pueden realizar cálculos con una precisión cada vez mayor a medida que aumentan de escala, y la tasa de esta mejora supera un umbral crucial. Los ordenadores cuánticos actuales son demasiado pequeños y propensos a errores para la mayoría de las aplicaciones comerciales o científicas.
“Este ha sido un objetivo durante 30 años”, dijo Michael Newman, un científico investigador de la sede de Google en Mountain View, California, en una conferencia de prensa en la que se anunció la hazaña. El logro significa que para fines de la década, las computadoras cuánticas podrían permitir descubrimientos científicos que son imposibles incluso con las supercomputadoras más poderosas imaginables, dijo Charina Chou, directora de operaciones de la división de computación cuántica de Google. “Esa es la razón por la que estamos construyendo estas cosas en primer lugar”, agregó Newman.
“Este trabajo demuestra un avance tecnológico verdaderamente notable”, afirma Chao-Yang Lu, físico cuántico de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China en Shanghai.
Estados delicados
Los ordenadores cuánticos codifican la información en estados que pueden representar un 0 o un 1 (como los bits de los ordenadores normales), pero también pueden utilizar infinitas combinaciones posibles de varios 0 y 1. Sin embargo, estos estados de información cuántica son notoriamente delicados, explica Julian Kelly, físico de Google que dirige la división de hardware cuántico de la empresa. Para que un ordenador cuántico realice cálculos útiles, “se necesita información cuántica y hay que protegerla del entorno (y de nosotros mismos, cuando la manipulamos)”, afirma.
En 1995, los teóricos comenzaron a desarrollar ingeniosos esquemas para distribuir un cúbit de información entre varios cúbits "físicos", con el objetivo de lograr esa protección (sin la cual la computación cuántica no sería viable). El "cúbit lógico" resultante es resistente al ruido (al menos en teoría). Para que esta técnica, llamada corrección cuántica de errores, funcione en la práctica, sería necesario demostrar que esa distribución de la información entre varios cúbits reduce de forma considerable las tasas de error.
En los últimos años, varias empresas (incluidas IBM y AWS de Amazon) y grupos académicos han demostrado que la corrección de errores puede producir pequeñas mejoras en la precisión 2 , 3 , 4 . Google publicó un resultado a principios de 2023 utilizando 49 qubits en su procesador cuántico Sycamore, que codifica cada qubit físico en un circuito superconductor.
El nuevo chip de la compañía, llamado Willow, es una versión más grande y mejorada de esa tecnología, con 105 cúbits físicos. Fue desarrollado en un laboratorio de fabricación que Google construyó en su campus de computación cuántica en Santa Bárbara, California, en 2021.
Como primera demostración del poder de Willow, los investigadores demostraron que podía realizar, en aproximadamente 5 minutos, una tarea que le llevaría al superordenador más grande del mundo unos 10-25 años , afirma Hartmut Neven, quien dirige la división de computación cuántica de Google. Este es el último avance en la carrera por demostrar que los ordenadores cuánticos tienen una ventaja sobre los clásicos .
Y, al crear qubits lógicos dentro de Willow, el equipo de Google ha demostrado que cada aumento sucesivo en el tamaño de un qubit lógico reduce la tasa de error a la mitad.
“Es una demostración muy impresionante de que estamos por debajo del umbral”, afirma Barbara Terhal, especialista en corrección de errores cuánticos de la Universidad Tecnológica de Delft (Países Bajos). Mikhail Lukin, físico de la Universidad de Harvard en Cambridge (Massachusetts), añade: “Esto demuestra claramente que la idea funciona”.
El final de la computación cuántica
Kelly afirma que los resultados del equipo también sugieren que esta tasa de mejora es sostenible y que permitirá que los futuros chips cuánticos alcancen tasas de un error por cada 10 millones de pasos. Ese es el nivel de precisión que los investigadores generalmente consideran crucial para que las computadoras cuánticas sean comercialmente útiles. "La corrección de errores es el objetivo final de la computación cuántica", afirma. "Esta es la computadora cuántica que todos imaginamos usar".
Según la empresa, para alcanzar una tasa de error tan baja, cada cúbit lógico deberá estar formado por unos 1.000 cúbits físicos, aunque nuevas mejoras en las técnicas de corrección de errores podrían reducir esa sobrecarga, tal vez hasta 200 cúbits, afirma Newman. Los investigadores de IBM y otros laboratorios también han logrado avances espectaculares con esquemas que requieren menos cúbits 2 . Esto demuestra que el campo de la computación cuántica está llegando a un momento crítico, afirma Lukin. “Es un momento realmente emocionante”.
Sin embargo, Terhal afirma que aún quedan desafíos por resolver. Además de construir cúbits lógicos robustos, los investigadores deberán interconectar muchos cúbits lógicos para que puedan compartir e intercambiar estados cuánticos.
John Preskill, físico teórico del Instituto Tecnológico de California en Pasadena que ayudó a desarrollar la teoría de la corrección de errores cuánticos, dice que demostrar que los esquemas de corrección de errores ayudan a preservar la información en cúbits fue un paso importante, pero que corregir errores computacionales será aún más importante. “Queremos hacer operaciones de cúbits protegidos, no solo de memoria”, dice Preskill, quien también colabora con los experimentos de computación cuántica de AWS.
Fuente: Nature
Referencia
1. Google Quantum AI and Collaborators. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-024-08449-y (2024). Artículo
2. Bravyi, S. et al. Nature 627, 778–782 (2024). Artículo
3. Putterman, H. et al. https://arxiv.org/abs/2409.13025 (2024).
4. Sivak, V. V. et al. Nature 616, 50–55 (2023). Artículo
COMENTARIOS