Es un número tan grande que el cerebro humano no puede comprenderlo: 10 septillones de años.
Eso son años. Para ponerlo en contexto, el universo tiene apenas unos mil millones de años. Si hubieras iniciado un cálculo en el superordenador más potente del mundo (actualmente el sistema exaescala Frontier) en el momento del Big Bang, hoy todavía no habrías completado ni el 0.000000001% del problema.
Willow, el nuevo procesador cuántico de Google, acaba de terminar ese cálculo en menos de cinco minutos.
Ese es el titular de la última afirmación de Google sobre la “supremacía cuántica”, un término que describe el umbral en el que un ordenador cuántico puede realizar una tarea prácticamente imposible para cualquier ordenador clásico. Pero aunque la velocidad es deslumbrante, en realidad es la parte menos interesante del anuncio. La verdadera historia, la que cambiará la trayectoria de la tecnología humana, está escondida en el ruido.
Por primera vez, Google ha demostrado que añadir más cúbits a un procesador puede reducir la tasa de error, en lugar de aumentarla. Este es el “Santo Grial” de la mecánica cuántica, un avance en la corrección de errores cuánticos (QEC, por sus siglas en inglés) que allana el camino para pasar de juguetes experimentales a máquinas capaces de cambiar el mundo.
El gancho: por qué importa ahora
Durante décadas, la computación cuántica ha estado atascada en la era “NISQ”, siglas en inglés de Noisy Intermediate-Scale Quantum (cuántica ruidosa de escala intermedia).
En esa era, construir un ordenador cuántico era como intentar levantar un castillo de naipes dentro de un túnel de viento. Se podían añadir más cartas (cúbits) para hacer la estructura más grande, pero cuanto más crecía, más inestable se volvía. El “viento” (ruido ambiental, calor, radiación) acababa colapsando inevitablemente el estado cuántico (decoherencia) antes de que se pudiera terminar cualquier cálculo útil.
Los críticos, incluidos muchos físicos destacados, sostenían que esto podría ser una ley fundamental de la naturaleza. Sugerían que, al escalar un sistema cuántico, el ruido crecería de forma exponencial y evitaría para siempre cualquier computación útil.
Willow les ha demostrado que se equivocaban.
Con 105 cúbits, Willow no es solo más grande que su predecesor, Sycamore (53 cúbits). Es exponencialmente más silencioso. Google ha demostrado que, al reunir datos de varios cúbits físicos para formar una instrucción lógica, se puede reducir la tasa de error a medida que el sistema crece.
Este es el “momento transistor” de la computación cuántica. Igual que el tubo de vacío dejó paso al fiable transistor, la industria está pasando ahora de cúbits ruidosos y frágiles a cúbits estables y con corrección de errores.
Análisis técnico en profundidad: la física de Willow
Para entender por qué Willow es una obra maestra de la ingeniería, hay que fijarse en la física del cúbit transmon.
1. La arquitectura
Willow utiliza 105 cúbits superconductores dispuestos en una cuadrícula específica. A diferencia de los bits de tu portátil, que son transistores microscópicos grabados en silicio, estos cúbits son circuitos macroscópicos hechos de metales superconductores (normalmente aluminio o niobio) enfriados casi hasta el cero absoluto (unos 20 milikelvin).
A esas temperaturas, el metal pierde toda resistencia eléctrica. Los electrones se emparejan en “pares de Cooper” y fluyen sin fricción. Esto permite que el circuito se comporte como un único átomo artificial. Al manipular este circuito con pulsos de microondas, los ingenieros pueden forzarlo a un estado de superposición, en el que es “0” y “1” a la vez.
2. El problema del ruido
El problema es que estos átomos artificiales son increíblemente sensibles. Un fotón perdido, una fluctuación magnética o incluso un rayo cósmico que golpee el chip pueden provocar “decoherencia”, colapsando la superposición y arruinando el cálculo.
En los chips anteriores, añadir más cúbits añadía más vías por las que los errores podían propagarse. Si una máquina de 50 cúbits tenía una precisión del 99% por paso, una de 100 cúbits podría caer al 50% o menos simplemente porque hay más puntos de fallo.
3. El efecto “Zenón” y la corrección de errores
Willow introduce un nuevo esquema de corrección de errores en tiempo real. En la práctica, agrupa cúbits físicos para que “voten” cuál es el estado correcto.
El avance se basa en un concepto similar al efecto Zenón cuántico, según el cual observar un sistema con frecuencia puede “congelar” su evolución o, en este caso, detectar errores antes de que se propaguen. Willow mide la “paridad” de cúbits vecinos, comprobando si son iguales o distintos, sin medir realmente los cúbits en sí (lo que destruiría los datos).
Si el sistema detecta un error (como un cambio de bit), puede aplicar una corrección en tiempo real. Los datos muestran que, a medida que Google aumentaba la distancia del código (el número de cúbits físicos que respaldan a uno lógico), la tasa de error descendía de forma exponencial.
Esto confirma que la corrección de errores cuánticos funciona. Un cúbit lógico ya puede durar más que los cúbits físicos que lo componen. Es un reto de ingeniería, no una imposibilidad física.
El punto de referencia: muestreo de circuitos aleatorios
La tarea que realizó Willow se llama muestreo de circuitos aleatorios (RCS, por sus siglas en inglés).
El RCS es, en esencia, una prueba de estrés. Al ordenador se le da una secuencia aleatoria de puertas cuánticas (operaciones) para aplicar a sus cúbits, y debe producir una serie de cadenas de bits que coincidan con la distribución estadística de ese circuito aleatorio.
Es un cálculo inútil: no simula nada y no le dice nada a los investigadores sobre el universo. Se eligió precisamente porque es lo más difícil posible para un ordenador clásico.
- Dificultad clásica: para simular un sistema cuántico de cúbits, un ordenador clásico necesita bytes de memoria. Para 53 cúbits (Sycamore), eran petabytes. Para 105 cúbits (Willow), la memoria necesaria supera el número de átomos del universo visible.
- Rendimiento de Willow: Willow puede ejecutar estos circuitos de forma nativa porque es el sistema que se simula.
Cuando Google dice “10 septillones de años”, quiere decir que verificar estadísticamente el resultado de los complejos circuitos de Willow con los algoritmos clásicos más inteligentes que se conocen hoy, en el mayor superordenador, llevaría eones.
Sin embargo, conviene mencionar la rivalidad que hay aquí. IBM sostiene a menudo que el RCS es un “truco de salón” y que estos límites de tiempo teóricos pueden reducirse con aproximaciones clásicas ingeniosas. Pero incluso con los métodos de “redes tensoriales” más generosos que emplean los algoritmos clásicos eficientes, Willow sigue estando prácticamente fuera de su alcance.
Contexto histórico: el camino desde Sycamore
El camino hasta Willow ha sido duro.
- 2019 (Sycamore): Google afirma haber logrado la supremacía cuántica con 53 cúbits. El cálculo tardó 200 segundos frente a los 10,000 años estimados para un superordenador. IBM lo refutó de inmediato, asegurando que podía hacerlo en 2.5 días en su superordenador Summit usando almacenamiento en disco duro. La afirmación fue polémica.
- 2021-2023 (IBM Eagle y Osprey): IBM elevó el número puro de cúbits y lanzó chips de 127 y luego de 433 cúbits. Sin embargo, Google argumentó que la cantidad sin calidad no tenía sentido. Un chip de 433 cúbits con altas tasas de error es solo un generador de números aleatorios.
- 2024 (Willow): Google contraataca. No fue a por los 1,000 cúbits. Fue a por 105 cúbits mejores.
Esto señala una divergencia de filosofía. IBM apuesta por la “escala de utilidad” (resolver ahora problemas más pequeños pero útiles con mitigación de errores), mientras que Google apuesta por la “tolerancia a fallos” (demostrar primero la física de la corrección de errores). Willow sugiere que la apuesta de Google por la física está dando resultado.
Análisis de futuro: ¿“Código rojo” para el cifrado?
Cada vez que se produce un avance cuántico, la primera pregunta es: “¿Está a salvo Bitcoin?”
El temor proviene del algoritmo de Shor, un método cuántico capaz de factorizar números primos grandes exponencialmente más rápido que los ordenadores clásicos. Como el cifrado RSA (que protege tu cuenta bancaria y tu tráfico web) se basa en la dificultad de factorizar primos, un ordenador cuántico potente podría, en teoría, romper internet.
La respuesta: estás a salvo… por ahora.
Para ejecutar el algoritmo de Shor sobre una clave RSA de 2048 bits no bastan 2048 cúbits. Se necesitan 2048 cúbits lógicos perfectos. Por la necesidad de corrección de errores, cada cúbit lógico podría requerir 1,000 cúbits físicos.
Eso exige una máquina con aproximadamente 20 millones de cúbits físicos. Google tiene 105.
La industria sigue estando a órdenes de magnitud del “Q-Day” (el día en que los ordenadores cuánticos rompan el cifrado). No obstante, Willow obliga a actualizar los plazos.
- Antes de Willow: los físicos temían que las tasas de error se saturaran, lo que significaba que la humanidad podría no llegar nunca a 20 millones de cúbits coherentes.
- Después de Willow: está demostrado que la corrección de errores funciona. Ya no es un problema de física; es un problema de ingeniería.
El impacto inmediato real: la simulación
Mucho antes de romper códigos, chips como Willow (y sus sucesores) revolucionarán la simulación.
- Fijación de nitrógeno de tipo P: la producción de amoníaco para fertilizantes consume el 2% de la energía mundial. Requiere calor y presión elevados (proceso Haber-Bosch). Las bacterias lo hacen a temperatura ambiente mediante la nitrogenasa. Los ordenadores clásicos actuales no pueden simular la nitrogenasa porque las interacciones entre electrones son demasiado complejas. Un ordenador cuántico podría modelarla sin esfuerzo, lo que daría lugar a una producción local de fertilizante ecológico.
- Química de baterías: diseñar nuevos electrolitos para baterías de litio metálico implica simular enlaces moleculares complejos. Los chips de la clase Willow podrían encontrar los materiales que dupliquen la autonomía de los vehículos eléctricos.
Conclusión
El chip Willow de Google no va a minar todos los bitcoins mañana ni a leer tus correos cifrados. Si lo juzgas por su capacidad para ejecutar Excel o Doom, es inútil.
Pero la tecnología rara vez se juzga por lo que puede hacer el prototipo; se juzga por el camino que abre.
Durante 40 años, la computación cuántica ha sido una disciplina teórica. Eran matemáticas en una pizarra, discutiendo qué podría pasar si los investigadores pudieran controlar la naturaleza a escala atómica. Willow es la prueba de que la pizarra tenía razón. La puerta al reino cuántico ya no está simplemente abierta; ha sido derribada de una patada. La única pregunta ahora es con qué rapidez podrá cruzarla la industria.
Fuentes (2)
- blog.google Google Quantum AI Blog
- nature.com Quantum Error Correction
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