Google ha presentado su nuevo chip cuántico de última generación, llamado Willow, con dos logros centrales: una potencia de cálculo "extraordinaria" y un avance en la corrección de errores, lo que allana –asegura– el camino hacia un futuro ordenador cuántico útil y a gran escala.

El gigante tecnológico asegura que su chip es tan potente que puede resolver en apenas unos minutos un problema informático que a un ordenador clásico le llevaría más tiempo que la historia del universo. "Es un gran paso en un viaje que comenzó hace más de 10 años", resume Hartmut Neven, fundador y director de Google Quantum IA, quien, junto a otros investigadores de la compañía, firma en la revista científica Nature un artículo con los detalles de este avance.

En él se describe cómo en los experimentos en los laboratorios de Santa Bárbara (California), el procesador Willow fue capaz de realizar en cinco minutos una tarea de referencia que el superordenador Frontier, uno de los más rápidos, tardaría muchísimo más tiempo en completar, en una cifra difícil de imaginar. Se trata de un "alucinante" número que "excede las escalas de tiempo conocidas en física y enormemente la edad del universo", apunta Neven.

Al igual que otros gigantes tecnológicos como Microsoft e International Business Machines, Google persigue la computación cuántica porque promete velocidades de cálculo muy superiores a las de los sistemas más rápidos de la actualidad. Y aunque el problema matemático resuelto por el laboratorio cuántico de la empresa no tiene aplicaciones comerciales, Google espera que los ordenadores cuánticos resuelvan algún día problemas de medicina, química de baterías e inteligencia artificial que están fuera del alcance de los ordenadores actuales.

Corrección de errores "por debajo del umbral"

Por otro lado, el trabajo demuestra que es posible en la práctica reducir las tasas de error, uno de los principales retos de la computación cuántica.

La misión de los ordenadores cuánticos —aún en fase de prototipo– es la de hacer operaciones trabajando a nivel atómico, siguiendo las normas de la física cuántica (encargada de estudiar el mundo a escalas espaciales muy pequeñas). El problema es que estos sistemas son rápidos, pero muy sensibles al ruido –como partículas subatómicas o cambios de temperatura o de luz– y esto puede perturbar el cálculo, lo que se ve agravado cuanto más grande es la instalación.

La solución al problema pasa, por tanto, por corregir los errores cuánticos. En el caso de Willow, los resultados demuestran que reduce exponencialmente los errores a medida que se aumenta el número de cúbits, la unidad básica de información cuántica con la que trabaja este tipo de ordenadores. Este logro se conoce en el campo como "por debajo del umbral". Hay que evidenciar que se está por debajo del umbral para mostrar un progreso real en la corrección de errores, un reto pendiente desde hace 30 años, agrega Google, que indica que estas correcciones se hicieron en tiempo real.

Algunos de sus rivales fabrican chips con un número de cúbits mayor que el de Google, pero Google se centra en producir los más fiables que pueda, según ha declarado en una entrevista Anthony Megrant, arquitecto jefe de Google Quantum AI. "Como primer sistema por debajo del umbral, Willow es el prototipo más convincente de cúbit lógico (conjunto de cúbits físicos o reales) escalable construido hasta la fecha. Es un claro indicio de que es posible construir ordenadores cuánticos muy grandes y útiles", subraya Neven. Para medir el rendimiento, Google usó el muestreo aleatorio de circuitos (RCS), la prueba "más difícil" que puede realizarse hoy en un ordenador cuántico.

Esta actividad muestra si un ordenador cuántico está haciendo algo que no podría hacerse en uno clásico. La compañía ha utilizado sistemáticamente este punto de referencia para evaluar el progreso de sus chips: comunicaron los resultados de Sycamore (la computadora cuántica más poderosa que actualmente tiene la compañía) en octubre de 2019 y, de nuevo, en octubre de 2024.

Así, con 105 cúbits –aunque los experimentos se han hecho con 101–, Willow ofrece "el mejor rendimiento de su clase" en las dos pruebas de referencia: corrección cuántica de errores y muestreo aleatorio de circuitos. Esto "es emocionante", no solo por el momento actual, sino por "hacia dónde vamos", ha resumido el investigador Michael Newman en un encuentro virtual con la prensa.

Aún muy preliminar

Para Carlos Sabín, del departamento de Física Teórica de la Universidad Autónoma de Madrid, Google demuestra que con una red de 101 cúbits se puede conseguir un cúbit lógico con tasas de error del 0.1 % por operación, aproximadamente. "Estas tasas son pequeñas, pero están muy lejos de ser suficientes para poder hacer cálculos y tareas que no puedan hacerse con uno clásico y con aplicaciones útiles", resume Sabín, quien no participa en el estudio. Por ejemplo, para un cálculo que necesite miles de cúbits lógicos con errores corregidos se necesitarían millones de cúbits físicos.

Además, añade Sabín, para tener un ordenador cuántico no basta con demostrar que hay un cúbit lógico, se deben tener varios y poder hacer operaciones que involucren a dos de ellos a la vez, generando entrelazamiento cuántico. Los errores en este caso suelen ser más grandes.

En su opinión, lo central del trabajo no es tanto la potencia de cálculo, que "simplemente se une a otros resultados de los últimos años de supremacía cuántica", sino la corrección de errores. "Los resultados muestran que es posible en la práctica reducir las tasas de error de un cúbit lógico usando muchos cúbits físicos, pero están muy, muy lejos de mostrar un camino viable para hacer cálculos útiles con ordenadores cuánticos".