La mecánica cuántica existe desde hace más de 120 años. Desde el experimento de la doble rendija hasta el experimento mental del gato de Schrödinger, siempre se ha considerado una de las leyes más misteriosas y complejas de la física.
El físico teórico estadounidense Richard Feynman dijo una vez: “Si crees que entiendes la mecánica cuántica, no la entiendes”.
Aunque la mecánica cuántica parece lejana de nosotros, su desarrollo es rápido: en 2016, China lanzó con éxito el satélite experimental de ciencia cuántica “Micius”; en 2022, el Premio Nobel de Física fue otorgado a tres científicos por sus contribuciones a la “ciencia de la información cuántica”.
Recientemente, Google también ha logrado avances significativos en el campo de la mecánica cuántica, descritos como una innovación “histórica”.
Hartmut Neven, fundador y jefe del equipo de IA cuántica de Google, anunció en una publicación de blog el lanzamiento de su último chip cuántico “Willow”, afirmando que allana el camino para las computadoras cuánticas a gran escala.
En el artículo, Neven afirmó que este chip “tiene el rendimiento más avanzado en muchas métricas” y “logró dos logros importantes”:
- En primer lugar, Willow aumentó el número de “qubits” (105) y redujo “significativamente” los errores;
- En segundo lugar, Willow completó su última “prueba comparativa de muestreo de circuito aleatorio (RCS)” en menos de 5 minutos.
Para comprender estos logros innovadores, necesitamos comprender cómo funcionan las computadoras cuánticas y los chips cuánticos.
Un concepto central de la mecánica cuántica es la “superposición”, que significa que un sistema cuántico puede existir en múltiples estados simultáneamente. Los ordenadores cuánticos aprovechan esta superposición para crear “bits cuánticos (qubits)”, las unidades fundamentales de computación en los ordenadores cuánticos.
A diferencia de los bits binarios de los ordenadores clásicos, los cúbits pueden estar en una “superposición” de 0 y 1 al mismo tiempo. Este estado permite a los ordenadores cuánticos procesar múltiples rutas o estados computacionales simultáneamente, lo que los hace más rápidos y eficientes que los ordenadores clásicos para resolver ciertos problemas complejos.
Además, existe una relación especial entre los qubits llamada “entrelazamiento cuántico”: cuando los qubits están entrelazados, el estado de un qubit afectará inmediatamente al estado de otro, independientemente de la distancia entre ellos.
De esta manera, al conocer el estado de un cúbit, podemos inferir el estado de otros cúbits, lo que permite la transferencia de información. Esta característica hace que los ordenadores cuánticos sean más eficaces a la hora de compartir y transmitir información cuando se abordan problemas complejos.
Sin embargo, el estado de los cúbits es muy frágil y se ve fácilmente alterado por entornos externos (como la temperatura, la vibración o las interferencias electromagnéticas), lo que lleva a la pérdida de información cuántica, un fenómeno conocido como “decoherencia cuántica”. Debido al entrelazamiento, los errores pueden propagarse de un cúbit a otros, lo que afecta la capacidad computacional.
Además, como los cúbits tienden a intercambiar información rápidamente con su entorno, resulta complicado proteger la información necesaria para completar los cálculos. Normalmente, cuantos más cúbits utiliza un ordenador cuántico, más errores se producen, lo que aumenta la probabilidad de que todo el sistema vuelva a ser un «sistema clásico».
Sin embargo, según Hartmut Neven, los investigadores de Google introdujeron un nuevo método de “corrección de errores cuánticos” que permite al chip Willow reducir más errores a medida que se utilizan más qubits, y la tasa de error disminuye exponencialmente.
Hartmut Neven menciona que este logro histórico en el campo se conoce como “por debajo del umbral”, lo que significa reducir los errores al tiempo que se aumenta el número de cúbits. Hartmut Neven también enfatiza que desde que Peter Shor introdujo la corrección de errores cuánticos en 1995, esta ha sido una tarea extremadamente desafiante.
Por lo tanto, “por debajo del umbral” demuestra “un progreso real en la corrección de errores”, y Willow es el primer sistema por debajo del umbral, lo que indica la posibilidad de construir computadoras cuánticas ultragrandes. Este resultado de la investigación también fue publicado en la revista “Nature”.
El artículo menciona que Willow completó el Prueba de muestreo de circuito aleatorio (RCS), descrito como “la prueba de referencia clásica más difícil sobre computadoras cuánticas hasta la fecha”, en solo 5 minutos. Hartmut Neven afirma que los últimos resultados de Willow son “los mejores hasta ahora”.
Por el contrario, la supercomputadora más rápida del mundo tardaría 10^25 años en completar la RCS, un lapso de tiempo que excede la edad del universo (aproximadamente 13.8 millones de años).
El muestreo aleatorio de circuitos (RCS) es un método que se utiliza para evaluar el rendimiento de los ordenadores cuánticos. La idea central es utilizar un ordenador cuántico para ejecutar operaciones de compuertas cuánticas seleccionadas aleatoriamente, generar estados cuánticos aleatorios y luego muestrear y medir estos estados cuánticos.
El RCS fue propuesto por primera vez por el equipo de Hartmut Neven, que afirma que ahora es el “Norma universal en el campo."
Cabe mencionar que en 2019, Google afirmó que su procesador cuántico “Sycamore” podría completar en tres minutos un cálculo que la supercomputadora más rápida del mundo tardaría diez mil años en completar, enfatizando que su equipo de investigación había logrado “supremacía cuántica."
IBM cuestionó los resultados de las pruebas de Sycamore, y el término “supremacía cuántica” también desató una considerable controversia, a pesar de la insistencia de Google en que era simplemente un “término artístico”. Posteriormente, Google ha tratado de evitar el uso de este término, afirmando en su lugar que han logrado “algo más que la computación clásica”.
Además, IBM y Honeywell suelen utilizar el término “volumen cuántico” para describir y cuantificar sus dispositivos de computación cuántica en sus investigaciones sobre mecánica cuántica, un concepto que Google no utiliza en absoluto. La falta de un estándar unificado dificulta la comparación de productos de la competencia.
Hartmut Neven menciona que la tecnología cuántica tiene aplicaciones en la recopilación de datos de entrenamiento de IA, el desarrollo de nuevos vehículos energéticos y el descubrimiento de nuevos medicamentos.
Hartmut Neven también espera con ilusión el próximo objetivo de la investigación de mecánica cuántica de Google: completar un cálculo que sea a la vez “relevante para programas prácticos” e “imposible de lograr para las computadoras clásicas”, haciéndolo verdaderamente “útil” y “más allá de lo clásico”.
Fuente de ifanr
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