¿Es realmente tan importante la nueva computadora cuántica Willow de Google?

Google ha presentado una nueva computadora cuántica y una vez más afirma haber tomado la delantera en la carrera para demostrar que estas máquinas exóticas pueden vencer incluso a las mejores supercomputadoras convencionales del mundo. ¿Significa eso que finalmente hay computadoras cuánticas útiles?

Los investigadores del gigante tecnológico fueron los primeros en el mundo en demostrar esta hazaña, conocida como supremacía cuántica, con la anuncio del chip de computación cuántica Sycamore en 2019. Pero desde entonces, las supercomputadoras se han puesto al día, dejando a Sycamore atrás. Ahora, Google ha producido un nuevo chip cuántico, llamado Willow, que julian kelly en Google Quantum AI dice que es el mejor de la empresa hasta el momento.

“Se puede pensar que esto tiene todas las ventajas de Sycamore, pero si miras debajo del capó, cambiamos la geometría… reinventamos el procesador”, dice.

Mientras que la versión más avanzada de Sycamore contaba con 67 qubits, o bits cuánticos, para procesar información, Willow se ha actualizado a 105. Idealmente, las computadoras cuánticas más grandes también deberían ser más poderosas, pero los investigadores han descubierto que los qubits en dispositivos más grandes luchan por permanecer coherentes, perdiendo su cuántica. Esto también lo han visto los competidores. IBM y La nueva empresa Atom Computing, con sede en Californiaque recientemente estrenó computadoras cuánticas con más de 1000 qubits.

Kelly dice que debido a esto, la calidad de los qubits ha sido un gran foco para el equipo, y que los qubits de Willow pueden preservar sus intrincados estados cuánticos (y por lo tanto codificar información de manera confiable) más de cinco veces más que los de Sycamore.

Google utiliza una tarea de evaluación comparativa específica llamada RCS para evaluar el rendimiento de sus computadoras cuánticas, en la que Willow destacó, dice Hartmut Neventambién en Google Quantum AI. La tarea consiste en verificar que una muestra de números generados por un programa ejecutado en el chip tenga una distribución lo más aleatoria posible. Durante varios años, Sycamore pudo hacer esto más rápido que las mejores supercomputadoras del mundo, pero en 2022y luego nuevamente en 2024los ordenadores convencionales batieron nuevos récords.

Google dice que Willow ha vuelto a ampliar la brecha entre las máquinas cuánticas y tradicionales, ya que la tarea tomó 5 minutos en el chip, mientras que la firma estima que tomaría 10 septillones de años, o mucho más que la edad del universo al cuadrado, en un modelo líder. supercomputadora.

En esta comparación, los investigadores modelaron una versión de la supercomputadora Frontier (que recientemente fue rebajado a sólo el segundo superordenador más potente del mundo) con más memoria de la que puede utilizar actualmente, lo que no hace más que subrayar la potencia computacional de Willow, afirma Neven. Si bien se batieron los récords de Sycamore, él confía en que Willow mantendrá su estatus de campeón por mucho más tiempo a medida que los métodos informáticos convencionales alcancen sus límites.

Lo que aún no está claro es si Willow realmente puede hacer algo útil, dado que la prueba comparativa RCS no tiene ninguna aplicación práctica. Kelly dice que tener éxito en el punto de referencia es una condición “necesaria pero no suficiente” para la utilidad de una computadora cuántica, aunque cualquier chip que no sea excelente en RCS no tiene posibilidades de ser práctico más adelante.

Pero el equipo de Google tiene otra razón para creer en el brillante futuro de Willow: es muy bueno corrigiendo sus propios errores. La propensión de las computadoras cuánticas a cometer errores es uno de los mayores problemas actualmente les impide cumplir la promesa de ser más poderosos que cualquier otro tipo de computadora. Para mejorar esto, los investigadores, incluido el equipo de Google, agrupan qubits físicos para formar “qubits lógicos”, que son mucho más resistentes a los errores.

Con Willow, el equipo demostró que a medida que los qubits lógicos se hacían más grandes, mejoraban en la prevención de errores, cometiendo aproximadamente la mitad de errores que los qubits físicos que los componían. Es más, esa tasa de error se redujo aún más a la mitad cuando los qubits lógicos aproximadamente duplicaron su tamaño. De esta manera, los investigadores de Google alcanzaron un umbral en el que creen que pueden seguir aumentando el número de qubits (fabricando computadoras cuánticas cada vez más grandes) y hacer que sean cada vez mejores en la ejecución de cálculos, lo que no ha sido una tendencia hasta ahora.

“Este es, en mi opinión, un resultado emblemático y, aunque todavía estamos muy lejos de demostrar una computadora cuántica práctica, es un paso importante y necesario hacia ese objetivo”, dice Andres Cleland en la Universidad de Chicago.

Martín Weides de la Universidad de Glasgow, Reino Unido, dice que el nuevo trabajo establece una ruta hacia la construcción de computadoras cuánticas “tolerantes a fallas”, aquellas que podrían detectar y corregir todos sus errores. Los desafíos persisten, pero estos avances allanan el camino para aplicaciones transformadoras en la química cuántica, como el descubrimiento de fármacos y el diseño de materiales, afirma, así como en la criptografía y el aprendizaje automático.

El centrarse en la corrección de errores en los laboratorios académicos y la floreciente industria de la computación cuántica ha hecho que los avances en los qubits lógicos sean un importante punto de comparación entre las mejores computadoras cuánticas de la actualidad. En 2023, un equipo de investigadores de la Universidad de Harvard y la empresa emergente QuEra utilizaron qubits fabricados a partir de átomos de rubidio extremadamente fríos para establecer el récord para los qubits más lógicos jamás creados. A principios de este añoinvestigadores de Microsoft y Atom Computing vincularon una cantidad récord de qubits lógicos mediante entrelazamiento cuántico.

El enfoque de Google es diferente porque se centra en hacer que los qubits lógicos individuales sean cada vez más grandes, así como cada vez mejores, en lugar de maximizar su número. “Podríamos dividir nuestro chip en qubits lógicos cada vez más pequeños y ejecutar algoritmos, pero realmente queríamos llegar a este umbral. Aquí es donde todos los desafíos subyacentes con la ciencia y la ingeniería [of quantum computing] son”, dice Kelly.

Sin embargo, en última instancia, la mayor prueba del impacto de Willow será si puede alcanzar el objetivo que también persiguen todos los demás ordenadores cuánticos: calcular de forma fiable algo que sea útil pero que no sea posible en ningún ordenador convencional. Neven dice que Sycamore ya se había utilizado para hacer descubrimientos científicos, como en física cuántica, pero el equipo está apuntando a más aplicaciones del mundo real con Willow. “Estamos avanzando hacia nuevos cálculos y simulaciones que las computadoras clásicas no podían hacer”.