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La computación cuántica parece ser el siguiente paradigma en la industria de los ceros y unos. Hay de hecho ya una batalla entre Google, IBM e Intel, en donde cada empresa busca convertirse el líder en esta nueva tecnología y que ya hoy podrían tenerse procesadores que superaran a las supercomputadoras del cómputo clásico. Esto sería la primera vez que ocurriese.

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Google ha mostrado su chip de cómputo cuántico, Bristlecone, que tiene el nuevo récord en cantidad de qubits, en este caso, 72. Para entender qué significa esto, hay que decir que las computadoras tradicionales desarrollan sus cálculos en binario, por lo que cada bit de datos se representa como cero o uno, es decir, solamente tenemos dos símbolos que pueden bien representar verdadero o falso, hay o no hay, etcétera. Pero gracias al funcionamiento de la naturaleza a nivel cuántico, se pueden tener los qubits, que son una superposición de ambos estados, representando efectivamente cero y uno a la vez. Esto significa que el poder de un sistema de cómputo cuántico escala exponencialmente. Así, dos qubits pueden representar 4 estados a la vez: 00, 01, 10, 11. Tres qubits 8 y 4 qubits 17. Así, 72 qubits pueden representar al mismo tiempo 2^72 estados.

Pero esto no es todo. Una computadora cuántica puede realizar operaciones simultáneas, procesando todos los estados al mismo tiempo, cosa que en el cómputo clásico no es posible, pues en este caso hay que ir en serie, de estado en estado. Esto significa, al menos en teoría, que una computadora con 49 qubits (como el procesador Tangle Lake, diseñado por Intel y mostrado en el CES en enero pasado), podría superar en poder de cómputo a la mejor de nuestras supercomputadoras actuales en cierto tipo de cálculos.

El nuevo prototipo de Google, Bristlecone, tiene 72 qubits, los cuales están colocados en un arreglo cuadrado y que tienen su naturaleza cuántica a través de la superconductividad, lo que permite que representen múltiples estados conduciendo corriente en dos direcciones a la vez, lo cual lo hace asombrosamente poderoso. Sin embargo, toda esta tecnología tiene sus propios problemas.

Por ejemplo, no se trata de ir poniendo cada vez más qubits porque estos son notoriamente frágiles y fluctuaciones externas pueden introducir errores y hacer que los cálculos que se hagan sean erróneos. Para colmo, es difícil detectar esto porque como Schrödinger nos mostró con su ejemplo del gato en una caja, no sabemos en un momento dado si está vivo o muerto, porque no conocemos su estado sino hasta que se colapse la función de onda, es decir, cuando tenemos la información. Y esto es precisamente el problema. En el momento que se colapsa la función de onda ya tenemos un valor, es decir, es cuando ya hacemos la observación, pero entonces no podemos saber los estados por los que estaba el sistema antes.

Cabe señalar que esto no necesariamente es malo, porque podría usarse para sistemas de encripción que alertaran cuando alguien quiere hackearlos, pero no es muy útil, definitivamente, si se trata de leer la salida de un sistema cuántico.

Para lidiar con esta dificultad, hace un par de años, el Google Quantum AI Lab desarrolló una técnica de corrección de error cuántico (QEC por sus siglas en inglés), y demostró en un sistema de qubits la factibilidad de esta idea. El QEC trabaja checando las combinaciones de datos y midiendo los qubits, permitiendo a los sistemas hacer medidas indirectas sobre la información sin afectarlas. En el sistema de 9 qubits, el método halló errores por debajo del 1%, 0.1% para una sola compuerta de un solo qubit y 0.6% para dos compuertas de dos qubits.

El equipo en Google ahora quiere llegar a esos números pero en su procesador Bristlecone de 72 qubits. Para medir su desempeño, los investigadores han desarrollado una herramienta para medir esto, introduciendo deliberadamente un solo error en el sistema y entonces comparando la salida muestreada, así como la distribución de resultados que vendrían de una computadora clásica simulada.

El equipo de desarrollo dice que eventualmente el nuevo Bristlecone podría ser capaz de demostrar la superioridad del paradigma de la computación cuántica. Si logra esto, seguramente las siguientes supercomputadoras podrían diseñarse con procesadores cuánticos aunque esto, inevitablemente, es algo que todavía puede tardar mucho tiempo.

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