Setenta y dos pueden no ser un gran número, pero en términos de computación cuántica, es masivo. Esta semana, Google presentó Bristlecone, un nuevo chip de computación cuántica con 72 bits cuánticos o qubits, las unidades fundamentales de computación en una máquina cuántica. Como lo muestran nuestro contador de qubits y línea de tiempo, el poseedor del registro anterior es un mero procesador de 50 qubits anunciado por IBM el año pasado.

John Martinis, que encabeza los esfuerzos de Google, dice que su equipo aún necesita hacer más pruebas, pero cree que es "bastante probable" que este año, quizás incluso en unos pocos meses, el nuevo chip pueda alcanzar la "supremacía cuántica". Esa es la punto en el cual una computadora cuántica puede hacer cálculos más allá del alcance de los supercomputadores más rápidos de la actualidad.

Cuando Google u otro equipo finalmente declara el éxito, espera una avalancha de titulares sobre el comienzo de una nueva y emocionante era. Se supone que las computadoras cuánticas nos ayudan a descubrir nuevos productos farmacéuticos y crear nuevos materiales, así como también a activar la criptografía.

Pero la realidad es más complicada. "Luchará por encontrar a cualquier [investigador] a quien le guste el término 'supremacía cuántica'", dice Simon Benjamin, experto en quántum 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 antecedentes breves. La magia de las computadoras cuánticas radica en esos qubits. A diferencia de los bits en 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 mutuamente incluso cuando no están físicamente conectados, a través de un proceso conocido como enredo.

A lo que se reduce esto es a que, aunque unos pocos bits adicionales solo suponen una diferencia modesta para la potencia de una computadora clásica, la adición de qubits adicionales a una máquina cuántica puede aumentar exponencialmente su potencia de cálculo. Es por eso que, en principio, no se necesitan muchos qubits para superar incluso a los supercomputadores más poderosos de la actualidad.

Sin embargo, crear qubits requiere prodigiosas hazañas de ingeniería, como la construcción de circuitos superconductores mantenidos a temperaturas más bajas que el espacio exterior (el enfoque que usa Google). Eso es necesario para aislarlos del mundo exterior. Los cambios en la temperatura o las vibraciones más leves (fenómenos conocidos como "ruido") pueden hacer que los qubits se vuelvan "decoherentes" o pierdan su frágil estado cuántico. Cuando eso sucede, los errores se cuelan rápidamente en los cálculos.

Y cuanto mayor sea el número de qubits, más errores habrá. Pueden corregirse utilizando qubits adicionales o software inteligente, pero eso consume gran parte de la capacidad de computación de la máquina. En los últimos años, los avances en la tecnología de superrefrigeración y otras áreas han impulsado la cantidad de qubits que pueden activarse y administrarse 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 detienen: China, en particular, ha invertido fuertemente en la tecnología y ahora cuenta con las dos máquinas más potentes del mundo.

El gran momento de Google

Aún así, dice Daniel Gottesman del Instituto Perimeter de Física Teórica en Canadá, mientras que los mejores algoritmos y las computadoras digitales podrían cambiar un poco el umbral de la supremacía, probablemente solo requerirá unos cuantos qubits adicionales para que una máquina cuántica los supere realmente. Con los 72 qubits de Bristlecone, hay mucho poder 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 para una computadora convencional. Pero esto plantea un problema espinoso: ¿cómo se puede saber realmente si una computadora cuántica ha producido una respuesta correcta si no se puede verificar con una que utiliza bits de silicio?

Para hacer frente a esto, el equipo de Google planea ir al límite, utilizando una máquina cuántica para resolver un algoritmo en el límite de las capacidades de los supercomputadores actuales. "También se puede demostrar que el algoritmo es exponencialmente complicado", explica Martinis. Agregar solo un qubit más llevaría al dispositivo cuántico mucho más allá de lo que una máquina convencional podría manejar en un tiempo razonable.

Incluso el creador de la "supremacía cuántica" está tratando de aplacar el rumor que ayudó a crear. John Preskill, un físico teórico del Instituto de Tecnología de California, acuñó el término en un discurso en 2011. En enero de este año, publicó un artículo en el que dijo que la informática cuántica estaba a punto de ingresar a una fase que denominó NISQ, o "ruidosa". quántum de etapa intermedia, "donde las máquinas tendrán de 50 a unos pocos qubits. "Ruidoso", escribió, "significa que tendremos un control imperfecto sobre esos qubits; el ruido impondrá serias limitaciones sobre lo que los dispositivos cuánticos pueden lograr en el corto plazo. "Preskill dijo que todavía está convencido de que las computadoras cuánticas tendrán un efecto transformador en la sociedad, pero admite 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 planteados por el ruido son tan grandes que impedirán que las máquinas cuánticas se vuelvan realmente útiles. Muchos expertos no están de acuerdo. "Se puede controlar el ruido", dice Andrew Childs, codirector del Centro Conjunto de Información Cuántica y Ciencias de la Computación de la Universidad de Maryland. "Solo necesitas entender cuánto de eso puedes tolerar".

Martinis de Google también es consciente de que las expectativas deben ser administradas. 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, "vamos a querer mostrar que una máquina cuántica puede hacer algo realmente útil".