El chip Willow de Google ejecuta un algoritmo cuántico 13.000 veces más rápido que los superordenadores: así lo hace posible su diseño superconductor

Google ha anunciado un gran avance en su esfuerzo por lograr una computación cuántica utilizable. Según los informes, el procesador Willow de la compañía ejecutó un complejo algoritmo de Ecos Cuánticos unas 13.000 veces más rápido que los superordenadores clásicos actuales más veloces.

Willow representa un salto significativo con respecto al avance de Google con el chip Sycamore en 2019. A diferencia de este último, el primer chip superconductor tiene valor en el mundo real. Ha demostrado su aplicación en el desarrollo de la IA, la modelización química y la investigación de materiales avanzados, según los resultados publicados en Nature.

Cómo funciona el chip cuántico superconductor de Google

El chip Willow emplea 105 qubits superconductores (qubit es la abreviatura de bit cuántico, la unidad básica de información en la informática cuántica; es similar al bit en la informática clásica). Cada qubit funciona como un átomo simulado y puede albergar información en superposición o múltiples estados simultáneamente.

Cuando los qubits se entrelazan (un estado en el que dos o más qubits tienen un efecto entre sí, sin importar la distancia entre ellos), transmiten información cuántica en tiempo real. Esto permite al procesador analizar varias soluciones simultáneamente.

Los sistemas cuánticos tienen que ser estables para mantener una relación predecible entre sus estados cuánticos a lo largo del tiempo. Por ello, Google diseñó Willow para que funcionara a una temperatura cercana al cero absoluto, manteniendo alejados el calor y las interferencias vibratorias.

La arquitectura del chip está optimizada para la velocidad y la precisión, y el experimento registró fidelidades de puerta de un solo qubit del 99,97 por ciento y puertas de enredo del 99,88 por ciento. Esto hace que Willow sea ideal para ejecutar algoritmos cuánticos a gran escala.

(La fidelidad de puerta es una medida de cómo funciona una puerta cuántica en comparación con su versión ideal, libre de errores. Cuanto más se acerca al 100 por cien, más se comporta como su modelo teórico)

Cómo Google validó la destreza de Willow en computación cuántica

El proyecto Willow es especial por su verificabilidad. Gracias a la capacidad de validación de los resultados del algoritmo Quantum Echoes en diferentes máquinas o condiciones de laboratorio, Google pudo cumplir los requisitos clave para reivindicar la superioridad cuántica.

El algoritmo de Ecos Cuánticos ayuda a los investigadores a modelizar el comportamiento molecular, los enlaces químicos y las estructuras electrónicas con mayor precisión que las simulaciones clásicas. El chip alimentó un superordenador que resolvió el algoritmo, ofreciendo resultados en una trecemilésima parte del tiempo que tardaría un superordenador clásico.

Como dijo Tom O'Brien, investigador de Google, la reproducibilidad de Willow es lo que separa los avances teóricos de los prácticos. Afirmó: "Si no podemos demostrar que los datos son correctos, no podemos hacer nada con ellos"

Otro investigador del proyecto, el premio Nobel Michel H. Devoret, que fue el físico principal, afirmó: "Demostramos que los circuitos eléctricos pueden comportarse como átomos. Ahora estamos demostrando lo que pueden hacer esos átomos artificiales"

¿Qué significa para la IA y la ciencia el avance de Google en computación cuántica con el Willow?

El chip superconductor Willow puede ayudar a reducir en gran magnitud el tiempo que los científicos necesitan para simular sistemas biológicos. También tiene el potencial de manejar escenarios en los que la computación clásica no consigue generar conjuntos de datos precisos.

El procesador de Google también puede aplicarse al diseño de nuevos materiales y al entrenamiento de sistemas de inteligencia artificial eficientes en el uso de datos. Si se sigue validando, el avance de Willow podría llevar la computación cuántica al umbral de la practicidad y la escalabilidad en la resolución de problemas industriales.