¿Qué implica el chip Willow de Google para la computación cuántica?
El pasado 9 de diciembre, Google presentó a Willow, un chip cuántico que, según explican, pudo resolver en 5 minutos una tarea que le tomaría “a una de las supercomputadoras más potentes que existen 10 septillones de años (un 10 seguido de 24 ceros). Mucho más tiempo que la edad del Universo", tal como afirma el fundador de Quantum Artificial Intelligence Lab de Google, Harmut Neven.
De acuerdo con Neven, Willow ha resuelto un desafío que había eludido a los investigadoras por más de 30 años: la corrección exponencial de errores cuánticos. “Quiero enfatizar lo que esto significa: por primera vez, un sistema se vuelve más cuántico a medida que se hace más grande, en lugar de más clásico”, explica.
El chip Willow consta de 105 cubits, unidades lógicas de procesamiento y una manera de medir la “potencia” de un computador cuántico, como hemos explicado con mayor profundidad en este texto. Allí también dijimos que uno de los principales problemas que tenía en ese momento la computación cuántica era reducir sus posibilidades de errores internos. Estos fallos ocurren a nivel cuántico debido a los innumerables cambios que genera la superposición de partículas.
Meet Willow, our state-of-the-art quantum chip
Como explica el científico investigador en Quantum AI, Michael Newman, a El País, estos errores “pueden ser causados por una variedad de cosas que van desde defectos microscópicos de materiales hasta rayos cósmicos o radiación ionizante. Por estas razones, solo podemos ejecutar cientos de operaciones antes de ver un error”.
Superar este obstáculo se considera el mayor obstáculo en el avance de la computación cuántica, pues si no se logran corregir estos errores, cualquier cálculo que se intente se arruinará antes de completarse. Lo que muestra que así como la superposición de partículas es lo que permite a esta tecnología lograr procesamientos exponencialmente mayores que los sistemas de computación clásicos, también es su principal obstáculo.
Esto comenzó a cambiar el pasado agosto, cuando una investigación mostró que era posible hacer computación cuántica que no superase la cadena de errores que hacía insostenible estos sistemas
Lo que ahora ha confirmado el chip Willow, es que este obstáculo puede ser superado, lo que abre la posibilidad para finalmente desarrollar computadores cuánticos funcionales.
Por debajo del umbral
Los cúbits tienden a intercambiar información con todo su entorno, lo que hace que guardar información en ellos sea difícil. Además, lo normal es que mientras más cúbits tenga un sistema, mayor cantidad de errores ocurren.
Para probar su eficiencia como sistema cuántico, los investigadores detallan que sometieron a Willow a una prueba conocida como el muestreo aleatorio de circuitos (RCS en inglés), una prueba estándar para revisar si un procesador cuántico logra hacer algo que no se puede hacer en computadores clásicos. En comparación, Willow es el doble de bueno para resolver esta prueba que Sycamore, un ordenador cuántico que Google presentó en 2019.
Lo que consiguieron con Willow, como también se detalla en Nature, es que mientras más cúbits tenga este sistema, mayor es su capacidad para corregir errores cuánticos. Lo opuesto a lo que venía sucediendo.
A esto se le conoce como “mantenerse fuera del umbral”, que significa que es posible aumentar los cúbits a medida que se reducen los errores cuánticos. “Para que los avances en la corrección de errores sean significativos, es indispensable mantenerse por debajo del umbral. Y eso era un reto que no se había resuelto todavía desde que Peter Shor habló por primera vez de la corrección de errores cuánticos en 1995”, explica Neven.
Según Google, esto también demuestra que es posible utilizar el modelo de Willow como “ladrillo” fundacional para una primera computadora cuántica, que pueda resolver problemas del mundo real.
Sin embargo otras voces advierten sobre exagerar el avance de Willow. Según explicó a BBC Alan Woodward, profesor de informática de la Universidad de Surrey en Inglaterra, las computadoras cuánticas serán mejores que las clásicas para una serie de tareas, pero no las reemplazarán. “Hay que tener cuidado de no comparar manzanas con naranjas”.
Para Woodward, la prueba con la que midieron la capacidad de Willow, la RCS, está "hecha a medida para una computadora cuántica, por lo que esto no es prueba de un aceleramiento universal en comparación con las computadoras clásicas".
El futuro cuántico
Para el consultor en tecnología Tim Bajarin, Willow parece haber adelantado el futuro en el campo. Barjarin explica que los pronósticos de la industria de computación cuántica suponían que solo hacia finales de esta década se conseguirían avances significativos. “Si Willow cumple su promesa, podríamos ver que la computación cuántica logre impactos de forma más inmediata que las previsiones que teníamos”, afirmó en Forbes.
Willow aún está lejos de ser un modelo perfecto. Aunque puede ser el paso más avanzado en computación cuántica, aún es susceptible a errores. Por esto, el próximo reto que se plantean en Quantum AI es lograr hacer un cálculo “práctico, más allá del límite clásico”, que tenga aplicaciones en el mundo real.
Si bien por ahora Google se ha puesto a la cabeza de la carrera cuántica, está lejos de ser el único competidor. Apenas en noviembre de 2024, Microsoft y Atom Computing publicaron un nuevo avance: lograr computar datos entrelazando 24 cúbits lógicos, que se distinguen de los cúbits físicos al depender menos de alteraciones en el mundo real.
“No todos los tipos de cúbits permiten la corrección de errores cuánticos necesaria para permitir una computación fiable. Y sin ella, es poco probable que se logren soluciones valiosas a problemas clásicamente intratables. Es esencial pasar de la informática con cúbits físicos [vulnerables al ruido] a operar con lógicos y fiables”, aseguró a Él País Krysta Svore, técnica de computación cuántica de Microsoft.
Este avance les dio la confianza suficiente a ambas empresas como para anunciar que en 2025 podrán comercializar el primer computador cuántico.
A estos competidores se le suma IBM, otro gigante del campo, que en septiembre de 2024 anunció el desarrollo de Heron R2, un chip con 156 cúbits que, debido al uso de sus software Qiskit, ha logrado aumentar la capacidad de procesamiento en 50 veces lo que consiguieron un año antes.
Por ahora, el futuro de esta tecnología parece estar llegando mucho más pronto de lo que previsto y, más allá de las aplicaciones prácticas que podría tener en el desarrollo de nuevas y mejores medicinas o el desarrollo de baterías eléctricas, Neven resalta que el avance del chip Willow da crédito empírico a la idea de que la computación cuántica ocurre en muchos universos paralelos, “en línea con la idea de que vivimos en un multiverso”, sentencia.