Google anuncia un salto sin precedentes en la computación cuántica

  • El proyecto de supremacía cuántica que consistió en la creación de una computadora cuántica que realiza cálculos en poco más de tres minutos, es resultado del trabajo realizado por el laboratorio cuántico y de Inteligencia Artificial de Google en conjunto con el equipo del científico John Martinis de la Universidad de California en Santa Bárbara.
  • El experimento tuvo como propósito construir y evaluar el  procesador Sycamore, de 54 cúbits, que servirá para desarrollar aplicaciones en aprendizaje automático, ejecutar algoritmos en química cuántica, entre otros.
  • Con esta nueva apuesta y a través del apoyo de la comunidad de investigadores, Google espera descubrir nuevas capacidades en computación que permitan a las organizaciones resolver problemas complejos.

Con el propósito de conocer si los esfuerzos desarrollados en materia de computación cuántica se encuentran dirigidos hacia el camino adecuado, Google desarrolló un experimento de supremacía cuántica que lo convirtió en la primera empresa en construir una computadora cuántica que tiene la capacidad de llevar a cabo tareas que los ordenadores clásicos no podrían hacer, como la de realizar un cálculo en 200 segundos, el mismo que le tomaría ejecutar a la supercomputadora más rápida del mundo 10,000 años aproximadamente. Este proceso sirvió para que el equipo técnico que trabaja en este proyecto superara varios desafíos inherentes a los sistemas cuánticos y creara una máquina programable y con alto potencial.

El resultado arrojado por el experimento fue positivo, las puertas diseñadas para el chip del procesador Sycamore, diseñado por Google, tenían la capacidad de alojar dos cúbits, término que se utiliza para denominar las unidades de información en la computación cuántica, y mostraron un índice de error significativamente más bajo que los evidenciados en trabajos anteriores, incluso cuando las puertas del procesador operan de manera simultánea. Este rendimiento fue posible de alcanzar gracias a la implementación de un nuevo tipo de perilla de control que permitió desactivar las interacciones entre cúbits vecinos, el nuevo diseño optimizado del chip que permitió reducir las interferencias y el desarrollo de nuevas calibraciones de control destinadas a evitar defectos en el cúbit.

La compañía diseñó un circuito bidimensional en una cuadrícula con cada cúbit conectado a otros cuatro. Lo anterior permitió al chip contar con suficiente conectividad para que los estados del cúbit interactúen rápidamente en todo el procesador Sycamore, de 54 cúbits, que resulta totalmente programable. El procesador mencionado está siendo utilizado por el equipo técnico que lidera el proyecto para ejecutar algoritmos en química cuántica, así como para desarrollar nuevas aplicaciones en aprendizaje automático generativo, entre otras áreas.

El resultado del experimento liderado por Google se publicó en la más reciente edición de la revista Nature. Es importante tener en cuenta que, para evaluar el rendimiento total del sistema, la compañía seleccionó un punto de referencia computacional altamente sensible que falla si al menos un componente de la computadora no es lo suficientemente bueno.

La aplicabilidad de la computación cuántica se extiende a muchos campos. En los próximos años, este tipo de computación podrá realizar procesos que exceden la capacidad de los ordenadores clásicos. Entre ellos, destacan la simulación de procesos moleculares, que se pueden traducir en el diseño de mejores baterías que beneficien al medio ambiente al hacer la red de energía más eficiente, en la optimización de energía para diseñar nuevos catalizadores que permitan crear fertilizantes con menor impacto ambiental y en el proceso de descubrimiento de moléculas que podrían hacer que los medicamentos resulten más efectivos, entre otros.

De esta manera y siendo conscientes de que este es un paso más en la exploración del infinito universo de la computación cuántica, Google enfocará sus esfuerzos en hacer que estos procesadores de supremacía cuántica estén disponibles para colaboradores e investigadores académicos, así como para compañías que estén interesadas en desarrollar algoritmos y buscar aplicaciones para los procesadores actuales NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum). Paralelamente, también trabajará en seguir invirtiendo en equipos y tecnología buscando construir una computadora cuántica tolerante a fallas lo más pronto posible.

Tal y como se ha venido haciendo hasta la fecha, estos propósitos se desarrollarán en conjunto con la comunidad de investigadores, y los resultados se publicarán abiertamente a través de herramientas como Cirq y OpenFermion, disponibles en código abierto, para que todos puedan participar y aportar en este complejo proceso.

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Las 5 cosas que debes saber sobre computación cuántica

Los científicos y, particularmente aquellos que se dedican al estudio de la física, han hablado de la computación cuántica desde hace más de 30 años. Pero, ¿es esta disciplina un tema exclusivo de físicos? La realidad es que la aplicabilidad de la computación cuántica puede ser tan valiosa en campos relacionados al medio ambiente o la salud, que entender su funcionamiento resulta de interés general. Entonces, ¿qué es la computación cuántica? y, ¿para qué sirve?

Te compartimos 5 aspectos:

  1. Back to basics, definiendo la computación cuántica: El mundo de la física y mecánica cuántica no es nuevo, de hecho, este tema fue abordado por científicos tan reconocidos como Albert Einstein. Con computación cuántica, nos referimos al tipo de computación que aplica la lógica o los principios de la mecánica cuántica a la informática para procesar grandes cantidades o volúmenes de información y que permite resolver problemas de manera veloz.
  2. De los bits a los cúbits: Lo primero que hay que entender cuando se habla de computación cuántica es el término “cúbit”. Partiendo de lo conocido, es importante mencionar que el funcionamiento de un computador clásico se encuentra basado en modelos de información llamados “bits”, que es la unidad de información que sirve de base para los algoritmos y que representan un dígito entre dos posibilidades (0 y 1, sistema binario). En la computación cuántica las unidades de información se denominan “cúbits” y, a diferencia de la tradicional, pueden representar los dígitos 0 o 1, pero también la combinación de esos valores a la vez, lo que quiere decir que pueden llegar a tener una identidad más fluída, que les permite alcanzar estados de superposición o entrelazamiento -como por ejemplo sucede con los átomos- que se traducen en un mayor alcance de procesamiento de información. De allí, el potencial que tienen los procesadores cuánticos para realizar cálculos en tiempos más reducidos que los tradicionales.
  3. Adiós a la dualidad de estados: Como se mencionó anteriormente, los cúbits pueden llegar a presentar varios estados, según los principios expuestos en la mecánica cuántica. Entre ellos, los más importantes son el de superposición, que describe cómo una partícula puede estar en diferentes estados a la vez (esto es, representar 0 y 1 al mismo tiempo), y el de entrelazamiento, no tan común, que hace referencia a que partículas separadas pueden estar correlacionadas y, al interactuar con una, la otra adquiere su estado. La superposición es útil porque permite ejecutar más de un cómputo a la vez brindando la posibilidad de realizar cálculos complejos en un corto periodo de tiempo.
  4. Entre módulos, puertas y transistores: Los chips de computadoras están compuestos por diferentes elementos. El primero de ellos son los módulos, que, a su vez, contienen puertas lógicas donde funcionan los transistores. El transistor es la forma más simple de procesar datos en computadoras y funciona como un interruptor que controla la entrada de información. En un computador clásico, la información se encuentra compuesta por bits. Los transistores se agrupan para conformar puertas lógicas y, estas a su vez, desarrollan módulos que permiten a los computadores resolver problemas. Una puerta lógica normal consigue un set de entradas simples y produce una salida definida. En la computación cuántica, una computadora cuántica configura algunos cúbits, hace que las puertas cuánticas los enlacen y manipula probabilidades, obteniendo como salida superposiciones de una secuencia de ceros y unos, que permiten realizar grandes cálculos de manera simultánea.
  5. Más allá de lo técnico: La aplicabilidad de las tecnologías cuánticas puede llegar a ser muy valiosa. Entre las áreas de aplicación que más se destacan se encuentran la química, en las que las tecnologías cuánticas permitirán realizar modelos o simulaciones moleculares más complejas que, a su vez, podrían llevar al descubrimiento de nuevas medicinas; servicios financieros  a través de modelaciones de datos financieros e inversiones a gran escala, inteligencia artificial haciendo uso del aprendizaje automático cuando el flujo de datos comprenda grandes volúmenes, ciberseguridad, entre otros.