Google anunció recientemente que ha logrado un gran avance en la computación cuántica. Su nuevo chip de inteligencia artificial cuántica "Willow" resolvió una ecuación en 5 minutos que una computadora tradicional tardaría un año en completar. Este logro ha despertado una amplia atención en la comunidad científica y tecnológica mundial y también ha estimulado acalorados debates sobre la computación cuántica y su conexión con la teoría de los universos paralelos. Este artículo profundizará en los detalles técnicos del chip "Willow", la importancia de su avance en rendimiento y la controversia y elogios en torno a sus resultados.
Google anunció recientemente que ha logrado un gran avance en el campo de la computación cuántica, que ha atraído gran atención de la comunidad tecnológica global. Su último chip de IA cuántica resolvió una ecuación que requeriría que una computadora común funcionara continuamente durante un billón de billones de años (un año) en solo 5 minutos. Esta asombrosa diferencia de velocidad es suficiente para sorprender a cualquiera.
Cuellos de botella y avances en la computación cuántica
Aunque la computación cuántica suena vanguardista y genial, durante mucho tiempo ha enfrentado problemas de inestabilidad. Las partículas diminutas no siguen las reglas de los objetos cotidianos, e incluso los chips más avanzados pueden fallar debido a ligeras alteraciones en su frágil estado. Los investigadores llevan décadas intentando explotar esta naturaleza errática, pero se han visto obstaculizados por el hecho de que los errores se acumulan demasiado rápido y son difíciles de corregir.
La tecnología de corrección de errores cuánticos ofrece una posible solución, pero conlleva sus propias complicaciones. Requiere difundir información entre múltiples qubits, las unidades básicas de datos cuánticos, lo cual es simple en teoría pero se convierte en un desafío complejo en la práctica. Si hay demasiados qubits involucrados, resulta difícil mantener la tasa de error por debajo de un cierto umbral crítico.
Hasta hace poco, nadie había podido demostrar que las tasas de error pudieran reducirse por debajo de un punto crítico para el código diseñado específicamente para escalar. La nueva arquitectura de chip cuántico de Google cambia eso.
El sorprendente rendimiento de los chips "Willow"
El científico cuántico Hartmut Neven, fundador del Quantum AI Lab de Google, calificó el rendimiento del chip Willow como "asombroso". Los resultados de sus cálculos de alta velocidad "apoyan la idea de que la computación cuántica ocurre en muchos universos paralelos", añadió. El artículo también menciona al físico de la Universidad de Oxford David Deutsch, quien teorizó que el desarrollo exitoso de computadoras cuánticas podría respaldar la "interpretación de muchos mundos" de la mecánica cuántica y la existencia de un multiverso.
Deutsch ha sido un pionero en la computación cuántica desde la década de 1970. El propósito de su investigación sobre la computación cuántica es más bien verificar su teoría del multiverso.
El concepto de universos paralelos.
Los universos paralelos, también conocidos como universos alternativos o universos múltiples, hacen referencia a la posibilidad de que existan otras realidades junto a la nuestra. Imaginemos que nuestro universo es sólo una burbuja en una vasta burbuja cósmica, siendo cada burbuja un universo diferente con sus propias leyes únicas de la física, la historia e incluso diferentes versiones de nosotros mismos.
Los científicos exploran este concepto a través de teorías como la del multiverso, que sugiere que pueden existir muchos otros universos, cada uno con su propio conjunto de posibilidades. Si bien todavía tenemos que encontrar evidencia tangible de universos paralelos, la idea genera interesantes debates sobre la naturaleza de la realidad y lo que hay más allá de lo que vemos y entendemos actualmente.
Conviven polémica y elogios
Sin embargo, el astrofísico convertido en autor Ethan Siegel no está de acuerdo con Google. Acusó a Google de "confundir conceptos no relacionados, y Nevin debería haberlo sabido".
Siegel explicó que Nevin confundió el espacio matemático en el que ocurre la mecánica cuántica con los conceptos de universos paralelos y multiversos. Según Siegel, incluso si los ordenadores cuánticos tuvieran éxito, no podrían demostrar la existencia de universos paralelos.
A pesar del desacuerdo, Siegel elogió los logros de Google con el chip Willow, calificándolo de "un avance verdaderamente sobresaliente en la computación cuántica". Él cree que este avance podría ayudar a resolver algunos de los mayores problemas de la Tierra, como el descubrimiento de nuevos medicamentos, el diseño de mejores baterías para vehículos eléctricos y el avance de la fusión y nuevas fuentes de energía.
Nevin se hizo eco del mismo optimismo y dijo: "Muchas de estas futuras aplicaciones innovadoras no son factibles en computadoras convencionales; están esperando ser desbloqueadas a través de la computación cuántica".
Avance tecnológico del chip "Willow"
El chip "Willow" es el último procesador superconductor diseñado por el equipo de IA cuántica de Google. A diferencia de los dispositivos más antiguos que tenían dificultades para controlar los errores, Willow lleva el rendimiento a una nueva zona, respaldando la tecnología diseñada para hacer que la corrección de errores cuánticos realmente cumpla su promesa.
Este sistema satisface las condiciones de un enfoque específico conocido como "codificación de superficie". Intentos anteriores se han topado con un obstáculo al agregar más qubits, pero Willow rompe esa barrera.
Distancia de código y corrección de errores cuánticos.
Los marcos de corrección de errores cuánticos a menudo se refieren a algo llamado "distancia de código". En pocas palabras, esto representa la cantidad de qubits utilizados para proteger un bloque de datos cuánticos. Si se cumplen ciertas condiciones, distancias mayores (como aumentar la distancia del código de 3 a 5 a 7) deberían reducir la probabilidad general de falla.
En dispositivos nuevos, la tasa de error lógico se reduce a la mitad con cada nivel adicional de distancia. Estas mejoras han sido durante mucho tiempo un objetivo importante de los investigadores de la computación cuántica.
Según los hallazgos publicados, el científico cuántico Hartmut Nevin, fundador del Quantum AI Lab de Google, dijo: "Willow completó un cálculo de referencia estándar en cinco minutos, una de las supercomputadoras más rápidas de la actualidad. Tardará 10 años en completarse".
Rendimiento duradero y corrección de errores en tiempo real
Es posible que ejecutar una prueba durante solo unos pocos ciclos no revele la imagen completa de la estabilidad del sistema. El nuevo chip cuántico de Google supera este problema elevando el rendimiento a un millón de ciclos. El dispositivo mantiene su rendimiento por debajo del umbral en escalas de tiempo que normalmente dejarían a otros sistemas sin aliento. Mantener la precisión de la decodificación en tiempo real durante un período de tiempo tan largo no es una tarea fácil.
El equipo detrás de "Willow" organizó sus operaciones para que las correcciones pudieran aplicarse al instante. Este método garantiza que el chip no se desvíe.
"Consideramos a Willow como un paso importante en nuestro camino hacia la construcción de computadoras cuánticas útiles", dijo el director ejecutivo de Google, Sundar Pichai.
Más allá de los obstáculos tradicionales
Las supercomputadoras tradicionales utilizan miles de millones de pequeños interruptores que funcionan de una manera bien conocida para manejar tareas complejas. Por el contrario, las computadoras cuánticas explotan fenómenos que no pueden reducirse a atajos clásicos. Hasta ahora, el problema ha sido cómo mantener vivos los delicados estados cuánticos el tiempo suficiente para completar cálculos significativos.
Con Willow, el equipo demostró que los qubits pueden funcionar juntos de tal manera que los errores no se salgan de control. La demostración muestra que los chips cuánticos pueden avanzar hacia la informática más allá de lo que pueden manejar los sistemas convencionales.
El futuro de la computación cuántica
El objetivo de Google es utilizar hardware que pueda pasar estas rigurosas pruebas de confiabilidad para demostrar que la computación cuántica no sigue siendo un problema de juguete para siempre.
Aumentar la distancia del código sin perder la capacidad de corrección de errores sugiere que un gran número de qubits algún día podrán impulsar algoritmos relevantes para tareas del mundo real, como acelerar simulaciones complejas, mejorar los procesos de descubrimiento de fármacos y explorar métodos para el almacenamiento de energía.
El éxito de Willow a la hora de alcanzar tasas de error por debajo del umbral durante largos períodos de tiempo puede alentar los esfuerzos de las industrias que han estado esperando pruebas sólidas de que el hardware cuántico se convertirá en una herramienta confiable.
Si bien la corrección de errores se vuelve rutinaria, el objetivo de la corrección de errores cuánticos nunca es eliminar completamente los errores, sino cometer errores tan raros que una máquina pueda ejecutar cálculos hasta el final.
Si los diseños futuros se basan en las características de estabilidad y escalabilidad de Willow, tal vez algún día esta corrección ocurra en segundo plano, invisible para los usuarios. Alcanzar este nivel de tolerancia a fallas podría permitir que las computadoras cuánticas manejen cargas de trabajo mucho más allá del alcance del hardware clásico. Esto revela formas prácticas de escalar estas increíbles máquinas.
La colaboración global impulsa la corrección de errores cuánticos
Los esfuerzos de Google Quantum AI y otros grupos globales no son aislados. El campo de la corrección de errores cuánticos ha atraído la atención de muchos investigadores que trabajan para encontrar vías hacia dispositivos prácticos.
Durante la última década, las investigaciones han demostrado la importancia de ciertos diseños reticulares y qubits lógicos dispuestos en diseños cuidadosos. Willow ahora demuestra que con la arquitectura de chip y el esquema de corrección de errores correctos, se puede cruzar el umbral.
Esto acerca todo el campo a la construcción de máquinas que puedan resolver problemas útiles. Si bien el viaje aún no ha terminado, una pieza importante del rompecabezas ya está colocada.
El éxito del chip "Willow" de Google marca un hito importante en el campo de la computación cuántica. Aunque todavía enfrenta desafíos, sus avances en corrección de errores y escalabilidad allanan el camino para la aplicación práctica de las computadoras cuánticas en el futuro y brindan esperanza para resolver muchos problemas globales. Sin duda, esta tecnología tendrá un profundo impacto en el desarrollo tecnológico futuro.