Chips cuánticos: las grandes empresas se enzarzan en una guerra por los qubits. En plena carrera por las computadoras cuánticas, Google presentó el pasado diciembre Willow, un nuevo procesador que (según la empresa) reducirá el viejo problema de la tolerancia a fallos (ver más abajo).
Unas semanas después, llegó la respuesta de Microsoft, con su Majorana 1 Por último, llegó el turno de Amazon, que desveló Ocelot, un chip cuántico basado en los llamados qubits de gato que, he aquí, se presentó como el dispositivo capaz de allanar el camino a las computadoras cuánticas tolerantes a errores. En resumen, una competencia feroz. “Las computadoras cuánticas podrían resolver problemas irresolubles para las computadoras actuales “, explicó Paolo De Natale, director del Instituto Nacional de Óptica del Consejo Nacional de Investigación (INO-CNR) y coordinador del proyecto I-Phoqs, una red de infraestructuras de investigación financiada por el PNR que conecta instalaciones de excelencia en los campos de la fotónica, la nanotecnología y las tecnologías cuánticas.
Se trata de un sector que ha adquirido gran importancia y se ha convertido en estratégico: mientras que hasta hace unos años la investigación en este campo era solo básica, hoy en día se ha ampliado mucho e implica no solamente a las mayores empresas tecnológicas del mundo, sino también a muchas compañías más pequeñas, tanto públicas como privadas. Para la Unión Europea, se trata de un proyecto emblemático, es decir, de la máxima importancia; piénsese que los únicos otros proyectos emblemáticos de la UE han sido los relativos al cerebro humano y al desarrollo del grafeno.
Chips cuánticos a prueba de errores
Pero volvamos a los chips cuánticos. El campo de juego de la competición, como decíamos, se refiere a la cuestión de los errores, central e ineludible en el desarrollo de un procesador cuántico realmente funcional y, sobre todo, útil. La información cuántica (explica De Natale) es por naturaleza extremadamente frágil, ya que cualquier interferencia o ruido externo la destruye irreversiblemente. Por ello, una computadora cuántica debe estar lo más protegida posible del mundo exterior y a prueba de errores, es decir, dotada de una cierta tolerancia a los errores y de un mecanismo de corrección de errores”. El complejísimo reto científico y tecnológico consiste precisamente en construir un chip lo más inmune posible a los errores: Google, Microsoft y Amazon (pero no solamente esas) han probado diferentes enfoques para lograrlo. Todos los chips cuánticos que se acaban de presentar se basan en tecnología de superconductores: naturalmente, al tratarse de un campo de investigación en el que la competencia es tan feroz y las inversiones (y expectativas) tan elevadas, las empresas no han dado a conocer todos los detalles de sus dispositivos. Solo podemos comentar lo que sabemos“.
Willow, el chip doméstico de Google
Empecemos por Willow, el último chip de Google. El planteamiento de la Gran G, explica De Natale, es tratar de reducir exponencialmente los errores aumentando el número de qubits utilizados, un planteamiento respaldado por los resultados de un experimento realizado anteriormente por los mismos investigadores, en el que un procesador con 49 qubits consiguió reducir los errores de forma más eficiente que cualquier intento anterior. Willow utiliza 105 qubits superconductores, y fue puesto a prueba en un problema matemático (muestreo de circuitos aleatorios, una prueba estándar del rendimiento de un procesador) que resolvió en menos de cinco minutos, frente a los 10 septillones de años -un tiempo superior a la edad del Universo- que necesitaría una supercomputadora clásica.
Microsoft y su Majorana 1
Llegamos a Majorana 1, el chip cuántico de Microsoft que lleva el nombre del físico italiano Ettore Majorana. Este dispositivo “, nos dice el experto, “se basa en una arquitectura completamente diferente a las demás, la de los llamados qubits topológicos. Básicamente, los electrones están ‘protegidos’ con las llamadas cuasipartículas de Majorana [de ahí el nombre del chip, ed.], una entidad teorizada por Majorana en los años 30 y observada experimentalmente solo recientemente”. Majorana 1, en concreto, utiliza un “topoconductor ” (o al menos eso dicen sus creadores) que permite crear y controlar estados cuánticos más estables, reduciendo la sensibilidad a los errores. La idea que subyace a esta tecnología es que los qubits topológicos son intrínsecamente más robustos porque la información cuántica se distribuye a lo largo del material y es menos propensa a perturbaciones locales.
Ocelot, el gran gato de Amazon
Ocelot, el primer chip cuántico desarrollado por Amazon Web Services, es un dispositivo basado en los llamados qubits de gato, o qubits de Schrödinger, que explotan el fenómeno de superposición cuántica (el mismo que subyace a la famosa paradoja de Schrödinger, en la que un gato está “vivo” y “muerto” al mismo tiempo (el nombre Ocelot es una clara referencia al gato) para estabilizar la información y reducir la corrección de errores. Según Amazon, el uso de qubits de gato reduciría el número de qubits necesarios para la corrección, aumentando la eficiencia global del sistema.
El problema de la escalabilidad
Sin embargo, además del problema de la corrección de errores, De Natale subraya que estas empresas (y otras) también tendrán que lidiar con la compleja cuestión de la escalabilidad de los dispositivos, es decir, cómo garantizar su funcionamiento aumentando el número de qubits para el cálculo. También hay que tener en cuenta que, además de los superconductores, existen otros enfoques interesantes: “En Europa, muchos están trabajando en una tecnología basada en iones“, concluye el científico, “y en otra basada en átomos neutros de iterio, ambas con un potencial prometedor. Es una época, en definitiva, de gran ebullición. Se está construyendo toda una cadena de suministro que tendrá importantes repercusiones industriales, económicas y sociales”.
Artículo originalmente publicado en WIRED Italia. Adaptado por Mauricio Serfatty Godoy.
