La creación del chip Willow representa un avance significativo en la computación cuántica y demuestra que es posible, en la práctica, reducir las tasas de error.
Google presentó su nuevo chip cuántico de última generación, denominado Willow, que destaca por dos logros principales: una potencia de cálculo “extraordinaria” y un avance significativo en la corrección de errores, lo que, según la compañía, abre el camino hacia un futuro ordenador cuántico funcional y de gran escala.
“El chip Willow es un gran paso en un viaje que comenzó hace más de 10 años”, resume Hartmut Neven, fundador y director de Google Quantum IA. Junto a otros investigadores de la compañía, Neven firma un artículo en la revista científica Nature, donde se detallan los avances de este desarrollo.
En el artículo, se describe cómo, durante los experimentos realizados en los laboratorios de Santa Bárbara (California), el procesador Willow fue capaz de completar en solo cinco minutos una tarea de referencia que el superordenador Frontier, uno de los más rápidos, tardaría un tiempo infinitamente mayor en finalizar, una cifra casi imposible de imaginar.
Este “alucinante” tiempo, según Neven, supera las escalas de tiempo conocidas en física y es considerablemente mayor que la edad del universo.
Asimismo, se demuestra una reducción exponencial de los errores a medida que se incrementa el número de cúbits. Este trabajo representa un avance significativo en el campo de la computación cuántica y evidencia que es posible, en la práctica, reducir las tasas de error. Sin embargo, las fuentes advierten que aún es un paso preliminar y estamos lejos de lograr un ordenador cuántico definitivo.
La misión de los ordenadores cuánticos, al igual que la de los convencionales y supercomputadoras, es realizar operaciones, pero los primeros lo hacen de manera muy diferente: operan a nivel atómico y, por lo tanto, siguen las leyes de la física cuántica, que estudia el mundo a escalas espaciales muy pequeñas.
A diferencia de los ordenadores tradicionales, que usan bits como unidad básica de información, los ordenadores cuánticos trabajan con cúbits. El desafío principal radica en que los sistemas cuánticos son extremadamente sensibles al ruido, como los cambios de temperatura o luz, lo que puede alterar el cálculo. Este problema se agrava conforme aumenta el tamaño de la instalación.
La solución a este desafío consiste en corregir los errores cuánticos, un reto considerable, ya que las computadoras clásicas ya cuentan con mecanismos para manejar este tipo de corrección.
Willow ha logrado una corrección de errores “por debajo del umbral”, un avance significativo en la computación cuántica. Los resultados publicados este lunes muestran que, a medida que Willow utiliza más cúbits, los errores se reducen exponencialmente, algo que nunca antes se había demostrado. Según Google, este logro se conoce como “por debajo del umbral”, un término que indica que los errores se están corrigiendo a un nivel que permite un verdadero progreso en la corrección de errores, un reto que se ha trabajado durante 30 años.
Hartmut Neven, director de Google Quantum IA, afirmó: “Demostramos que cuantos más cúbits utilizamos en Willow, más reducimos los errores y más cuántico se vuelve el sistema”. Esta tasa de corrección de errores se logró en tiempo real, lo que subraya la importancia de este avance.
En el campo de la corrección de errores cuánticos, se diferencia entre cúbits físicos y cúbits lógicos. Los cúbits físicos son los reales, los que están presentes en el experimento, mientras que un cúbit lógico es un conjunto de cúbits físicos. En los ensayos, las operaciones no se realizan sobre cada cúbit físico individualmente, sino sobre todo el sistema, lo que puede alterar las propiedades y resultados.
Neven destacó que, como primer sistema por debajo del umbral, Willow es el prototipo más prometedor de cúbit lógico escalable construido hasta la fecha, lo que sugiere que es posible construir ordenadores cuánticos de gran escala y utilidad.
Para medir el rendimiento, Google utilizó el muestreo aleatorio de circuitos (RCS), una prueba clave para evaluar la supremacía cuántica, es decir, si un ordenador cuántico puede realizar tareas imposibles para los ordenadores clásicos. Google ha utilizado sistemáticamente esta referencia para evaluar el progreso de sus chips, comunicando los resultados de su chip Sycamore en octubre de 2019 y, recientemente, en octubre de 2024. Aunque Willow tiene 105 cúbits (aunque los experimentos se realizaron con 101), ofrece “el mejor rendimiento de su clase” en las pruebas de corrección cuántica de errores y muestreo aleatorio de circuitos.
Este avance es “emocionante”, no solo por el logro actual, sino también por las posibilidades futuras, como resumió el investigador Michael Newman en un encuentro virtual con la prensa.
