Google presenta Willow, su chip cuántico ultrarrápido: "Hace en cinco minutos lo que el ordenador más potente haría en 10 septillones de años"

En 2019, Google Quantum AI, el grupo de científicos que investiga cómo conseguir un ordenador cuántico -basado en Qbits, o bits cuánticos- anunció que había creado Sycamore. Era un chip con el que comprobaban la teoría de la "supremacía cuántica", es decir, que un ordenador cuántico iba a poder resolver problemas que los ordenadores clásicos necesitarían siglos y siglos para llevar a cabo.

Y vaya si lo hizo: Sycamore realizó en 200 segundos un cálculo que al ordenador más rápido del mundo le llevaría 10.000 años. Aquella cifra, aquella potencia, dejó al mundo perplejo. Apenas 5 años después, la misma división científica de Google, con el español Sergio Boixo como director científico, ha dejado ese número tan lejos que hay que leer la nueva cifra dos veces.

Hablamos con este leonés, que es informático, matemático y filósofo, sobre el nuevo chip cuántico de Google. Se llama Willow -Lo han presentado a través de un paper en Nature- y ha alcanzado una velocidad de procesamiento inimaginable: Le han hecho una prueba de rendimiento conocida como "random circuit sampling", un estándar en la industria cuántica para medir la velocidad de procesamiento de un chip. Y la ha hecho en menos de cinco minutos. Si la supercomputadora clásica más potente del mundo la hiciera le habría llevado 10.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 año. Es decir, 10 septillones de años. Un 10 con 24 ceros detrás, un tiempo que supera ampliamente la edad del universo.

Esta prueba demuestra la capacidad de Willow para superar de una forma abrumadora los límites de la computación clásica. Si un superordenador actual puede hacer millones de operaciones por segundo, uno cuántico puede hacer trillones. Pero...¿Cómo es posible?

La clave son los Quantum-bits (o Qbits). Cuando hablamos de un ordenador clásico entendemos que funciona gracias a combinaciones binarias de 0 y 1. Para entendernos: encendido y apagado. Sin embargo, los Qbits son partículas subatómicas y la física cuántica dice que "pueden estar en los dos estados pero también en los dos a la vez.", como el gato de Schrodinger, que está vivo y muerto a la vez mientras no miremos dentro de la caja.

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De esta forma, dos cúbits pueden tener 1.024 estados simultáneos, lo que abre la puerta a algoritmos desconocidos. No más rapidos. Directamente nuevos. Sergio Boixo nos lo intenta explicar: "En el fondo, todos los ordenadores clásicos funcionan como un ábaco de 3000 años de antigüedad. Diseñaras como diseñaras siempre acababas en el ábaco. De repente, entendimos que si usabas la cuántica, eso cambiaba. De pronto, ibas por otro camino distinto en 3000 años de historia de la computación". Y encima Willow no solo es más potente.

Corrige sus errores al hacerse más grande

En los chips cuánticos, cuando empiezan a funcionar, cuando empiezan a superponerse, se producen errores. Boixo lo llama "decoherencia" o "ruido". Los Qbits son tan delicados que se degradan cuando interaccionan con el entorno -la temperatura, el electromagnetismo, su propio movimiento- y poco a poco van perdiendo potencia y fiabilidad.

Además, cuanto más grande es el sistema -más Qbits- más errores se producen. Desde que la comunidad científica comprendió que se producía este fenómeno, ha trabajado durante casi tres décadas para diseñar un sistema capaz de funcionar sin errores a medida que crece en tamaño.

Con el nuevo chip Willow, Google ha demostrado por primera vez en la historia que "un sistema cuántico puede volverse más robusto al crecer en tamaño". Boixo lo resume en una frase: "antes de Willow, cuantos más Qbits metías, se producían más errores, ahora es al revés. Cuantos más Qbits, menos errores".

En la nota que Google ha distribuido a la prensa para presentar Willow, Hartmut Neven, fundador y líder de Google Quantum AI, lo resume así: "por primera vez, un sistema se vuelve más cuántico conforme se hace más grande, en lugar de volverse más clásico”.

Un diseño revolucionario

Willow ha sido creado en las instalaciones de Google en Santa Bárbara, California. En este centro la multinacional se ha enfocado a la producción de chips cuánticos. Con 105 Qbits en apenas un centímetro cuadrado, Willow no solo es más grande que su predecesor, Sycamore, sino también mucho más eficiente. En la publicación en Nature leemos que "los tiempos de superposición cuántica, conocidos como T1, han alcanzado los 100 microsegundos, una cifra cinco veces superior a la generación anterior".

¿Para cuando podrá hacer cálculos "reales"?

Boixo aclara que "los ordenadores cuánticos no son ordenadores más rápidos. Son distintos". El "benchmark" o cálculo que ha hecho Willow superando a todos los chips no es un problema real, no es un cálculo que tendríamos que hacer para nada en la vida real. Es un experimento.

Por eso, el siguiente desafío para Willow y la tecnología cuántica es ejecutar cálculos útiles para problemas reales. Le preguntamos a Sergio Boixo si esta generación -la suya- verá el ordenador cuántico. Y la respuesta es que sí. Que no tiene ninguna duda. El siguiente paso es "conseguir el primer Qbit lógico, uno que no tenga errores". Eso será, calcula, en dos años. Y después, aunque no pone fecha, el primer ordenador cuántico cargado de Qbits lógicos.

Ese ordenador "nos ayudará en el diseño de medicamentos, la creación de baterías más eficientes o el desarrollo de energías limpias", dice Boixo. En la presentación de Willow, Hartmut Neven ha dicho que quieren “alcanzar un punto donde los cálculos cuánticos no solo sean más rápidos que los clásicos, sino también relevantes para la sociedad". "Y Willow nos acerca a ese futuro”, concluye

Con Willow, Google Quantum AI ha abierto una puerta hacia un futuro donde la computación cuántica podría redefinirlo todo: “Estamos construyendo herramientas que resolverán los problemas más complejos de nuestro tiempo, desde el cambio climático hasta el descubrimiento de nuevos medicamentos”, ha terminado Neven.