Aunque la computación cuántica suena futurista, porque hasta hace poco lo era, Google ha marcado un hito importante en este campo de investigación con su chip informático que ha llamado Sycamore.
Sycamore ha abierto nuevas posibilidades para la computación cuántica porque, por ejemplo, esta tecnología podría ayudar a mejorar las ya existentes y más avanzadas como el Machine Learning (ML) o Aprendizaje Automático.
Y es que, a diferencia de la computación clásica que ejecuta todo desde el teléfono móvil hasta el ordenador, la computación cuántica se basa en las propiedades de la mecánica cuántica.
Los ordenadores cuánticos, como resultado, son capaces de resolver problemas que serían demasiado difíciles o incluso imposibles para los clásicos, como diseñar mejores baterías, descubrir qué moléculas pueden producir medicamentos efectivos o minimizar las emisiones de la creación de fertilizantes.
La revista científica Nature ha publicado el resultado de los esfuerzos realizados por Google para crear un ordenador cuántico que pueda ejecutar una tarea que ningún ordenador clásico podría realizar, lo que se conoce en el sector como “supremacía cuántica”.
En términos prácticos, Hartmut Neven, director de Ingeniería en Google AI Quantum, ha dicho que el chip informático Sycamore ha realizado un cálculo en 200 segundos, lo que al ordenador más rápido del mundo le llevaría 10 mil años.
“Este logro es el resultado de años de investigación y dedicación de muchas personas. También es el principio de una nueva andadura: descubrir cómo poner en práctica este tipo de tecnología”.
Neven ha adelantado que se encuentran trabajando con la comunidad de investigadores y que tienen herramientas de código abierto que permiten a otras personas colaborar con la compañía del buscador más popular para identificar nuevas aplicaciones.
Experimento de supremacía cuántica
Los detalles técnicos de este chip informático han sido ofrecidos por John Martinis, científico principal de Quantum Hardware, y Sergio Boixo, científico principal de Quantum Computing Theory, ambos del equipo de Google AI Quantum.
Ambos coinciden en que este experimento de supremacía cuántica ha proporcionado la dirección para que el equipo supere los muchos desafíos técnicos inherentes a la ingeniería de sistemas cuánticos y hacer una computadora que sea tanto programable como poderosa.
“Para probar el rendimiento total del sistema, seleccionamos un punto de referencia computacional sensible que falla si solo un componente de la computadora no es lo suficientemente bueno”.
En el artículo de Nature: “Supremacía cuántica usando un procesador superconductor programable”, se ha explicado que se desarrolló un nuevo procesador de 54 qubits (Sycamore) que consta de puertas lógicas cuánticas rápidas y de alta fidelidad para realizar las pruebas de referencia.
La máquina realizó el cálculo objetivo en 200 segundos y, a partir de las mediciones en el experimento, se determinó que tomaría 10 mil años a la supercomputadora más rápida del mundo para producir una salida similar.
“En el experimento, primero ejecutamos circuitos simplificados aleatorios de 12 a 53 qubits, manteniendo constante la profundidad del circuito. Verificamos el rendimiento de la computadora cuántica usando simulaciones clásicas y las comparamos con un modelo teórico”.
Una vez que se verificó que el sistema funcionaba, se ejecutaron circuitos duros aleatorios con 53 qubits y una profundidad creciente, hasta llegar al punto donde la simulación clásica se volvió inviable.
Los científicos del equipo de Google AI Quantum han insistido en que este resultado es el primer desafío experimental contra la tesis extendida de Church-Turing, que establece que las computadoras clásicas pueden implementar eficientemente cualquier modelo de computación razonable.
Entonces, con el primer cálculo cuántico que no se puede emular razonablemente en una computadora clásica, se ha abierto un nuevo ámbito de la computación para explorar.
Además, para garantizar la futura utilidad de las computadoras cuánticas, también han necesitado verificar que no haya obstáculos fundamentales provenientes de la mecánica cuántica.
“Experimentos anteriores mostraron que la mecánica cuántica funciona como se esperaba hasta un espacio de estadodimensión de aproximadamente 1000. Aquí, ampliamos esta prueba a un tamaño de 10 billones y descubrimos que todo sigue funcionando como se esperaba”.
Los expertos también han probado la teoría cuántica fundamental midiendo los errores de las puertas de dos qubits y descubriendo que esto predice con precisión los resultados de la evaluación comparativa de los circuitos de supremacía cuántica completos.
Esto les ha podido mostrar que no hay física inesperada que pueda degradar el rendimiento de esta computadora cuántica.
El experimento de Google, por lo tanto, proporciona evidencia de que las computadoras cuánticas más complejas deberían funcionar de acuerdo con la teoría y les hace sentir seguridad a los científicos para continuar sus esfuerzos para escalar.
Aplicaciones de Sycamore
Martinis y Boixo han agregado que la computadora cuántica Sycamore es totalmente programable y que puede ejecutar algoritmos cuánticos de propósito general.
“Desde que obtuvimos resultados de supremacía cuántica la primavera pasada, nuestro equipo ya ha estado trabajando en aplicaciones a corto plazo, incluida la simulación de física cuántica y la química cuántica, así como nuevas aplicaciones en el Aprendizaje Automático generativo, entre otras áreas”.
Además, ahora cuentan con el primer algoritmo cuántico ampliamente útil para aplicaciones informáticas: aleatoriedad cuántica certificable.
Se ha explicado que la aleatoriedad es un recurso importante en ciencias de la computación y que es el estándar de oro, especialmente si los números pueden ser autoverificados (certificados) para provenir de una computadora cuántica.
Hay que resaltar que la prueba de este algoritmo ha estado en curso y que los científicos planean implementarlo en los próximos meses en un prototipo que pueda proporcionar números aleatorios certificables.
