¿Cuán lejos estamos del futuro cuántico? Google y su chip Willow

La computación cuántica es fundamentalmente diferente de la clásica. Entre sus promesas están una velocidad de cálculo inimaginable y la capacidad de abordar problemas que hasta ahora son intratables. Existe hace décadas y se han invertido una ingente cantidad de millones en ella, hasta el punto de que incluso Google dedica enormes cantidades a su investigación y desarrollo, que han culminado en un nuevo chip llamado Willow. Pese a todo esto, los críticos dicen que la computación cuántica tiene una relevancia práctica muy limitada, que no está claro si los experimentos y comparaciones se realizan correctamente y que las compañías están un tanto faltas en transparencia.

Computación cuántica: de los bits a los qubits

La base de los ordenadores cuánticos son los principios físicos de la mecánica cuántica, fuertemente imbricados con los avances tecnológicos desde que se describieron hace ya más de un siglo. Relojes atómicos, células solares fotovoltaicas y máquinas de resonancia magnética son solo algunos ejemplos de inventos que utilizan esos principios.

En los ordenadores tradicionales la computación se reduce a bits que representan el 0 y el 1; en los ordenadores cuánticos se habla de qubits, que pueden representar el 0 y el 1 al mismo tiempo, algo así como hacer los dos cálculos «en paralelo». La física de la mecánica cuántica incluye conceptos como la superposición, el entrelazamiento y la interferencia de los qubits, que son algunas de las propiedades que se aprovechan, además del crecimiento exponencial a medida que aumenta el número de qubits. No son conceptos fáciles de entender pero basta saber que permiten realizar «operaciones cuánticas» y programar esos ordenadores, aunque de una forma un tanto peculiar.

Mejor que el mejor: la supremacía cuántica

Los qubits son frágiles y muy sensibles al entorno, lo que hace que tengan problemas con los errores debidos al ruido o las interferencias. Esto hace que tengan una coherencia o «tiempo de vida» muy limitada (del orden de unos pocos microsegundos), lo que dificulta que realicen cálculos complejos o largos.

Los ingenieros siempre tienen soluciones para todo, y en el caso de los qubits han desarrollado métodos de corrección de errores cuánticos, como en los sistemas de comunicaciones. Para ello se necesitan muchos qubits físicos que acaban representando un solo qubit lógico. Por desgracia, cuantos más qubits se emplean, más complejo es controlar y mantener sus estados. Esto ha hecho que durante mucho tiempo los avances hayan ido casi de qubit en qubit: 2, 5, 7, 12, 17, 50, 72… ¡a lo largo de 20 años! A día de hoy existe un procesador de IBM con 433 y otro de Atom Computing con 1.180, sin contar con la corrección de errores. Los diferentes tipos de qubits y métodos físicos que se emplean (iones atrapados, superconductores, etcétera) hacen que las comparaciones sean hoy en día cuando menos complicadas.

Un concepto importante de entender y la «prueba del algodón» definitiva es la supremacía cuántica. Se define como el momento en que un ordenador cuántico supera al mejor de los superordenadores convencionales resolviendo cierto tipo de problema. Esto puede suceder porque estos ordenadores pueden tener, por ejemplo 250 estados simultáneos, mientras que un ordenador sólo podría estar en uno de esos estados 250 a la vez. Si se piensa en cuán grande es ese número se entiende mejor la inmensidad y capacidad de la computación cuántica.

El problema de los problemas cuánticos

La cuestión de fondo con los ordenadores cuánticos y los anuncios acerca de los avances que se publican de vez en cuando es que esas mejoras no sirven todavía para nada práctico. Un ordenador cuántico no va a hacer que el League of Legends vaya más «fluido», ni va a aumentar la velocidad de las hojas Excel, ni a romper las claves criptográficas de las comunicaciones de internet o la fiabilidad de Bitcoin. Simplemente, no sirven para ese tipo de problemas.

Un ordenador cuántico hay que programarlo para cada problema que ha de resolver; no funciona con programas o lenguajes genéricos como los tradicionales. Desarrollar esos programas es difícil, y por esto el diseño de algoritmos cuánticos que aprovechen el hardware para cada caso concreto es tan importante. Esto hace que el futuro cuántico esté todavía lejos, bastante más de lo que mucha gente piensa.

Una gran apuesta por lo cuántico

El último anuncio de Google ha sido el chip Willow, un procesador de 105 qubits con superconductores que representa un salto importante respecto a los componentes que ya anunció hace 5 años. Téngase en cuenta que, como se ha explicado antes, no es fácil comparar si esto es más o menos potente que un ordenador de cientos de qubits que emplee otros fundamentos, por no hablar de la comparación con un ordenador convencional.

Entre las técnicas que ha mejorado Google están unos métodos de corrección de errores cuánticos más avanzados y una mejor escalabilidad. Ambos son importantes para el futuro, pero es un «futuro cuántico» que está todavía muy lejos, a pesar de que se crea que revolucionará campos como el desarrollo de medicamentos o baterías.

Como ejemplo, Google ha afirmado que «Willow puede resolver un problema en cinco minutos que requeriría 1025 años en la más rápida supercomputadora convencional». Aunque en el vídeo de presentación hay más detalles al respecto, los expertos recuerdan que esto se refiere a un tipo de problema muy concreto en el que los ordenadores cuánticos son muy buenos: el «muestreo de circuitos aleatorios». Pero es, por desgracia, algo carente de utilidad práctica o comercial más allá de la comprobación del rendimiento.

Se suele bromear con que los ordenadores cuánticos son muy buenos resolviendo «distribuciones estadísticas derivadas de procesos cuánticos», algo que suena incluso un poco circular. El verdadero desafío de la computación cuántica será traducir su supremacía en herramientas y aplicaciones que tengan un impacto directo en áreas como la inteligencia artificial, la química, la energía u otras industrias. Ojalá lo veamos.

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