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Google cree que está cerca de la supremacía cuántica. Esto es lo que eso realmente significa.
Setenta y dos puede no ser un gran número, pero en términos de computación cuántica, es enorme. Esta semana Google desvelado Bristlecone, un nuevo chip de computación cuántica con 72 bits cuánticos, o qubits, las unidades fundamentales de computación en una máquina cuántica. Como muestran nuestro contador de qubits y la línea de tiempo, el poseedor del récord anterior es un simple procesador de 50 qubits anunciado por IBM el año pasado.
John Martinis, quien encabeza el esfuerzo de Google, dice que su equipo aún necesita hacer más pruebas, pero cree que es bastante probable que este año, tal vez incluso en unos pocos meses, el nuevo chip pueda lograr la supremacía cuántica. Ese es el punto en el que una computadora cuántica puede hacer cálculos más allá del alcance de las supercomputadoras más rápidas de la actualidad.
Cuando Google u otro equipo finalmente declare el éxito, espere una avalancha de titulares sobre el comienzo de una era nueva y emocionante. Se supone que las computadoras cuánticas nos ayudarán a descubrir nuevos productos farmacéuticos y crear nuevos materiales, así como a cambiar la criptografía.
Pero la realidad es más complicada. Será difícil encontrar a cualquier [investigador] al que le guste el término 'supremacía cuántica', dice Simon Benjamin, un experto en cuántica de la Universidad de Oxford. Es muy pegadizo, pero es un poco confuso y exagera lo que las computadoras cuánticas podrán hacer.
Bloques de construcción cuánticos
Para entender por qué, algunos breves antecedentes. La magia de las computadoras cuánticas reside en esos qubits. A diferencia de los bits de las computadoras clásicas, que almacenan información como 1 o 0 , los qubits pueden existir en múltiples estados de 1 y 0 al mismo tiempo, un fenómeno conocido como superposición. También pueden influirse entre sí, incluso cuando no están conectados físicamente, a través de un proceso conocido como entrelazamiento.
A lo que se reduce todo esto es a que, aunque unos pocos bits adicionales solo hacen una diferencia modesta en la potencia de una computadora clásica, agregar qubits adicionales a una máquina cuántica puede aumentar su potencia computacional de manera exponencial. Es por eso que, en principio, no se necesitan tantos qubits para superar incluso a las supercomputadoras más poderosas de la actualidad.
Sin embargo, la creación de qubits requiere prodigiosas hazañas de ingeniería, como la construcción de circuitos superconductores mantenidos a temperaturas más frías que el espacio exterior (el enfoque que utiliza Google). Eso es necesario para aislarlos del mundo exterior. Los cambios de temperatura o las vibraciones más leves (fenómenos conocidos como ruido) pueden hacer que los cúbits pierdan la coherencia o pierdan su frágil estado cuántico. Mientras eso sucede, los errores se deslizan rápidamente en los cálculos.
Y cuanto mayor es el número de qubits, más errores hay. Se pueden corregir utilizando qubits adicionales o software inteligente, pero eso agota gran parte de la capacidad computacional de la máquina. En los últimos años, los avances en la tecnología de superenfriamiento y otras áreas han aumentado la cantidad de qubits que se pueden girar y administrar de manera efectiva. Pero sigue siendo una batalla constante entre el poder y la complejidad.
Las esperanzas de alcanzar la supremacía cuántica se han desvanecido antes. Durante algún tiempo, los investigadores pensaron que una máquina de 49 qubits sería suficiente, pero el año pasado los investigadores de IBM pudieron simular un sistema cuántico de 49 qubits en una computadora convencional (ver Nuevos giros en el camino hacia la supremacía cuántica). Las computadoras convencionales tampoco se quedan quietas: China, en particular, ha estado invirtiendo fuertemente en la tecnología y ahora cuenta con las dos máquinas más poderosas del mundo.
El gran momento de Google
Aún así, dice Daniel Gottesman del Perimeter Institute for Theoretical Physics en Canadá, aunque mejores algoritmos y computadoras digitales podrían cambiar un poco el umbral de la supremacía, probablemente solo requeriría unos pocos qubits adicionales para que una máquina cuántica realmente los supere. Con los 72 qubits de Bristlecone, hay mucha potencia de fuego para jugar.
Usando Bristlecone, Martinis y sus colegas planean realizar una prueba que busca demostrar la supremacía cuántica. La definición estricta del punto de referencia es que la tarea debería ser imposible de realizar para una computadora convencional. Pero esto plantea un problema espinoso: ¿cómo sabes realmente si una computadora cuántica ha producido una respuesta correcta si no puedes verificarla con una que usa bits de silicio?
Para lidiar con esto, el equipo de Google planea ir al límite, utilizando una máquina cuántica para resolver un algoritmo al límite de las capacidades de las supercomputadoras actuales. También puede mostrar que el algoritmo es exponencialmente complicado, explica Martinis. Agregar solo un qubit más llevaría el dispositivo cuántico mucho más allá de lo que una máquina convencional podría manejar en un tiempo razonable.
juego de nombres
Sin embargo, incluso si Google alcanza el punto de referencia mágico, la complejidad y el costo de administrar máquinas cuánticas limitarán cuán útiles pueden ser.
Aunque existen algunas aplicaciones potencialmente prometedoras, como el diseño preciso de moléculas (consulte 10 Tecnologías innovadoras 2018), las máquinas clásicas seguirán siendo mejores, más rápidas y mucho más económicas para resolver la mayoría de los problemas. Usar una computadora cuántica sería como alquilar un avión jumbo para cruzar la calle, dice Benjamin de la Universidad de Oxford.
Él sugiere que en lugar de la supremacía cuántica, deberíamos estar hablando de lograr la inimitabilidad cuántica, en otras palabras, tareas específicas que solo las computadoras cuánticas pueden hacer. Otros investigadores han sugerido nombres como ventaja cuántica o ascendencia cuántica.
La semántica importa. Tecnologías como la IA pasaron por múltiples ciclos de exageración antes de que realmente despegaran. Existe el riesgo de que, si las expectativas se elevan demasiado ahora, las máquinas cuánticas no puedan cumplirlas (consulte Las computadoras cuánticas serias finalmente están aquí. ¿Qué vamos a hacer con ellas?). Eso podría desencadenar un éxodo de inversores, que han estado inyectando millones de dólares en nuevas empresas cuánticas.
Historia relacionada
Historia relacionada Incluso el creador de la supremacía cuántica está tratando de aplacar el revuelo que ayudó a crear. John Preskill, físico teórico del Instituto de Tecnología de California, acuñó el término en un discurso en 2011. En enero de este año publicó un papel en el que dijo que la computación cuántica estaba a punto de entrar en una fase que llamó NISQ, o etapa intermedia ruidosa cuántica, donde las máquinas tendrán de 50 a unos pocos cientos de qubits. 'Ruidoso', escribió, significa que tendremos un control imperfecto sobre esos qubits; el ruido impondrá serias limitaciones a lo que los dispositivos cuánticos pueden lograr a corto plazo. Preskill dijo que todavía está convencido de que las computadoras cuánticas tendrán un efecto transformador en la sociedad, pero reconoce que esa transformación aún puede tardar décadas.
El problema del ruido es un tema polémico. Gil Kalai, profesor de la Universidad Hebrea de Jerusalén, ha argumentado que los desafíos que plantea el ruido son tan grandes que impedirán que las máquinas cuánticas lleguen a ser realmente útiles. Muchos expertos no están de acuerdo. El ruido se puede gestionar, dice Andrew Childs, codirector del Centro Conjunto de Información Cuántica y Ciencias de la Computación de la Universidad de Maryland. Solo necesita comprender cuánto puede tolerar.
Martinis de Google también es consciente de que es necesario gestionar las expectativas. El algoritmo que su equipo planea usar es muy específico para probar las capacidades de las máquinas cuánticas en lugar de lograr algo práctico. Tan pronto como lleguemos a la supremacía cuántica, dice, querremos demostrar que una máquina cuántica puede hacer algo realmente útil.