Este mes, los expertos en computación cuántica de Google han conseguido progresos importantes en la disciplina, evidenciando avances que fortalecen la creciente convicción de que la computación cuántica es un recurso legítimo y de gran valor. Pese a este avance, todavía hay un largo camino por recorrer antes de que las computadoras cuánticas puedan fusionarse totalmente con las computadoras convencionales.
¿Cómo se identifica el chip Willow y si es un hito en la memoria o todavía no es una computadora?
El chip cuántico más reciente de Google, conocido como Willow, se fabricó en su centro de investigación en Santa Bárbara y constituye un avance significativo. No obstante, este chip aún no es un procesador cuántico totalmente operativo. Willow es fundamentalmente un dispositivo de memoria: su tarea primordial es guardar un bit de información, no procesarla. El auténtico reto consiste en crear los circuitos lógicos requeridos que faciliten la realización de cálculos reales.
“Willow no realiza ninguna función; solo guarda un bit para ser leído”, afirmó Rajeev Acharya, principal escritor de Google, en el estudio de investigación divulgado en la revista Nature. Respuso que, pese a que el chip de memoria constituye un logro emocionante, su capacidad para procesar datos demandará un desarrollo significativo.
¿Qué método utiliza Google para disminuir errores en la computación cuántica?
El principal éxito de Google se basa en su habilidad para disminuir los errores en los qubits por debajo de un límite crítico. En el ámbito de la computación cuántica, los qubits, que representan las unidades de información cuántica, presentan una notable vulnerabilidad y susceptibilidad al ruido ambiental, lo que puede resultar en cálculos de baja fiabilidad. Por muchos años, los científicos han explorado formas de eliminar estos fallos. El progreso de Google es el pionero en demostrar que los fallos de los qubits pueden disminuirse a un nivel que facilita la generación de “qubits lógicos” fiables: una mezcla de varios qubits físicos más estables y aptos para ejecutar operaciones beneficiosas.
El estudio detalla: “Los errores de los qubits pueden disminuir por debajo de un nivel de ruido conocido como umbral, lo que posibilita que la máquina represente la información de forma fiable con un nivel de error aceptable”. Este es un progreso crucial, ya que indica que se pueden ampliar los sistemas cuánticos. Si se pueden tornar los qubits lógicos más fiables, podemos iniciar el desarrollo de las máquinas cuánticas de la misma forma en que las computadoras convencionales han experimentado un crecimiento a lo largo de las décadas.
¿Qué reto presenta la longevidad de los qubits y cómo se transforma de físicos a lógicos?
La informática cuántica utiliza varios qubits físicos para construir un único qubit lógico. No obstante, un qubit físico solo puede perdurar un periodo de segundo antes de perder su información. Esta breve duración implica que el circuito “decodificador” de la máquina cuántica carece del tiempo necesario para la lectura o uso de los datos. La solución consiste en fusionar varios qubits físicos en un único qubit lógico, que puede mantenerse por un periodo más extenso, lo que facilita la lectura de su valor.
“Para construir cualquier ‘bit’ cuántico de información, es necesario fusionar varios bits cuánticos físicos, o qubits”, detalló Acharya. Al realizar esto, se pueden generar qubits lógicos que resulten más estables y útiles para actividades de computación.
¿De qué manera los transmons aportan al desarrollo cuántico de Google?
Willow y su antecesor, el chip Sycamore, emplean una forma superconductora de condensador conocida como “Transmon”. Los transmons, desarrollados hace más de dos décadas en la Universidad de Yale, se enfrían a temperaturas extremadamente bajas y constituyen el fundamento de numerosos sistemas de computación cuántica. Investigadores de entidades como Google han llevado años trabajando en la unificación de varios qubits en un único qubit lógico mediante el uso de transmons o tecnologías parecidas.
El progreso de Google con Willow se basa en disminuir el ruido en los qubits físicos, facilitando así la generación de qubits lógicos más fiables y exactos. “A medida que la separación de código se incrementa en dos, el error lógico por ciclo se disminuye a la mitad”, afirma el estudio, señalando un avance significativo en la rectificación de errores cuánticos.
¿Cómo se pueden elevar las máquinas cuánticas?
Una de las consecuencias más cautivadoras del chip Willow de Google es su capacidad para escalarse. En la informática convencional, la habilidad para escalar sistemas, como montar miles de millones de transistores en un solo chip, ha propiciado la creación de circuitos con mayor potencia. En el campo de la computación cuántica, la posibilidad de convertir los qubits físicos en qubits lógicos podría finalmente conducir a procesadores cuánticos con habilidades nunca antes vistas.
“Es posible escalar los qubits lógicos fiables”. “Es posible añadir más y más qubits físicos manteniendo el nivel de ruido por debajo del límite establecido, generando de forma predecible qubits lógicos fiables”, indicó Acharya. Esta perspectiva indica que en algún momento los procesadores cuánticos podrían emular los progresos en escalabilidad de la informática tradicional, lo que conduciría a dispositivos capaces de efectuar cálculos cuánticos de gran potencia.
¿Realmente es notable el progreso de Google?
Los especialistas en el sector están festejando la conquista de Google. Como se menciona, el progreso es “un logro verdaderamente significativo” que nos aproxima a una computadora cuántica operativa. No obstante, los especialistas también señalan que todavía existe un extenso camino por recorrer. El próximo reto consistirá en incrementar la exactitud de los qubits lógicos hasta alcanzar los niveles necesarios para la computación cuántica aplicada.
Acharya y su equipo admiten que “aún existen órdenes de magnitud entre las tasas actuales de error lógico y las necesidades para una computación cuántica práctica”. Uno de los desafíos más grandes será minimizar las alteraciones ambientales, las cuales pueden provocar “eventos de impacto de alta energía” que perturben el funcionamiento de los chips cuánticos, complicando operaciones fiables.
¿Cómo iniciar una computación cuántica práctica?
Aunque elevar los qubits lógicos a niveles de precisión más elevados representa un progreso significativo, solo señala el inicio de un extenso recorrido. El equipo de Google está consciente de que ahora necesitan crear sistemas capaces de gestionar un número significativamente superior de qubits, ya sean físicos o lógicos, y optimizar los procedimientos de identificación y rectificación de errores.
“Aún no contamos con suficientes qubits para la computación práctica, pero este progreso establece los cimientos para el avance futuro”, subrayó Acharya. Google ha establecido un plan de acción para enfrentar estos retos, y la comunidad cuántica supervisa de cerca mientras el equipo avanza hacia su objetivo de un chip de un millón de qubits capaz de gestionar operaciones cuánticas auténticas.
¿Qué limitaciones posee Willow: Memoria, todavía no es procesamiento?
Pese al avance mostrado por Willow, continúa siendo un chip de memoria en vez de un procesador cuántico totalmente operativo. En esta fase, el qubit lógico de Willow se asemeja a un condensador que guarda un bit de datos. Aunque el chip tiene la capacidad de almacenar datos, todavía no puede efectuar operaciones sobre estos.
“Deseamos realizar operaciones protegidas de qubits, no únicamente memoria”, expresó John Preskill, físico teórico en el Instituto de Tecnología de California, al debatir sobre el futuro rumbo de la computación cuántica. La meta a largo plazo consiste en desarrollar procesadores cuánticos con suficientes qubits lógicos para llevar a cabo operaciones como adición o multiplicación. Sin embargo, para alcanzar este objetivo se necesitará ampliar la tecnología desde los chips de memoria hasta circuitos cuánticos totalmente operativos.
¿Cuál es el tiempo requerido para alcanzar la computación cuántica real?
Aunque Google ha conseguido progresos importantes, alcanzar una computadora cuántica práctica todavía es un objetivo distante. La estrategia actual consiste en incrementar hasta un millón de qubits físicos, lo que proporcionará suficientes qubits lógicos para construir circuitos cuánticos reales capaces de efectuar cálculos. Sin embargo, esto no es una labor sencilla. El desarrollo de dicho sistema demandará no solo chips de mayor tamaño, sino también nuevas variantes de software para administrar operaciones cuánticas de forma eficaz.
Como finalizó Preskill: “El camino desde donde nos encontramos actualmente hasta una computadora cuántica totalmente operativa será extenso y retador, pero el progreso con Willow nos brinda la certeza de que estamos en la dirección adecuada”. Las actuales computadoras cuánticas, como C++ y Python para sistemas tradicionales, tal vez no sean adecuadas para las operaciones cuánticas, pero la comunidad cuántica está dedicada a trazar una ruta hacia el futuro.
Para resumir, a pesar de que el chip Willow simboliza un progreso enorme en la computación cuántica, también señala el comienzo de un viaje apasionante y retador hacia la implementación de una computación cuántica práctica y escalable. Conforme los científicos siguen mejorando sus métodos, el anhelo de una auténtica computadora cuántica, que pueda ejecutar operaciones más allá del alcance de las computadoras convencionales, persiste al alcance de la mano.
Jacobs |
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