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La supremacía cuántica de Google Tecnología del Siglo XXI

La supremacía cuántica de Google

Los investigadores del grupo UC Santa Barbara John Martinis / Google, están cumpliendo su sueño de declarar la supremacía mundial en una apretada carrera para construir la primera máquina cuántica que supere a las mejores supercomputadoras clásicas del mundo.


Aspecto de una computadora cuántica moderna

Pero, ¿qué es la supremacía cuántica en un campo donde los horizontes se amplían de manera regular, en el que los equipos de las mentes de computación cuántica más brillantes del mundo aumentan rutinariamente la apuesta sobre el número y tipo de bits cuánticos o "qubits" que se pueden construir, cada uno con su propia gama de cualidades?

"Vamos a definir eso, porque es algo vago", dijo el investigador de Google Charles Neill. En pocas palabras, continuó, "nos gustaría realizar un algoritmo o cálculo que no se pueda hacer de ninguna manera conocida. Eso es lo que realmente queremos hacer".

Neill es el autor principal del estudio titulado, "Un modelo para demostrar la supremacía cuántica con qubits superconductores", publicado ahora en la revista Science.

Afortunadamente, la naturaleza ofrece muchas situaciones complejas de este tipo, en las cuales las variables son tan numerosas e interdependientes que las computadoras clásicas no pueden contener todos los valores y realizar todas las operaciones. Piense en las reacciones químicas, las interacciones fluidas, incluso los cambios de fase cuántica en sólidos y una serie de otros problemas que han intimidado a los investigadores en el pasado. Algo en el orden de al menos 49 qubits, más o menos equivalente a un petabyte (un millón de gigabytes) de memoria clásica de acceso aleatorio, podría poner a una computadora cuántica en igualdad de condiciones con las supercomputadoras del mundo actual. Recientemente, el equipo UC Santa Barbara John Martinis / Google anunciaron estar a punto de desarrollar un chip de 72 qubits que posee una arquitectura "bristlecone" que todavía no se ha puesto a prueba.

Pero según Neill, es mucho más que la cantidad de qubits disponibles actualmente en todo el mundo.

"Tienes que generar algún tipo de evolución en los sistemas", afirmó Neil. El poder de la computación cuántica reside, entre otras cosas, en la superposición de estados. En las computadoras clásicas, cada bit puede existir en uno de dos estados: cero o uno, apagado o encendido, verdadero o falso, pero los qubits pueden existir en un tercer estado que es una superposición de cero y uno, elevando exponencialmente el número de posibles estados que un sistema cuántico puede llegar a explorar.

Además, dicen los investigadores, la fidelidad es muy importante, porque el poder de procesamiento masivo no vale mucho si no es preciso. La decoherencia cuántica es un desafío importante para cualquier persona que construya una computadora cuántica ya que al perturbar el sistema, la información cambia.

"Las personas pueden construir 50 sistemas de qubits, pero hay que preguntarse qué tan bien se calculó lo que se quería computar", dijo Neill. "Esa es una pregunta crítica. Es la parte más difícil de la investigación". Los experimentos con qubits superconductores han demostrado una tasa de error de un uno por ciento por qubit con sistemas de tres y nueve qubits, que, afirma Neil, se pueden reducir a medida que aumentan de escala, a través de mejoras en el hardware, la calibración de los equipos, los materiales utilizados, la arquitectura de software y el aprendizaje automático. .

Construir un sistema de qubits completo con componentes de corrección de errores y con un rango desde 100,000 hasta un millón de qubits, es factible y parte del plan. Pero aún estamos a muchos años de distancia. Sin embargo, eso no significa que el sistema actual desarrollado por Google, no sea capaz de efectuar pesados cálculos. Recientemente se implementó, con espectroscopía, el tema de la localización de muchos cuerpos en un cambio de fase cuántica o en otras palabras, una computadora cuántica que resuelve un problema de mecánica estadística cuántica. En ese experimento, el sistema de nueve qubits se convirtió en un simulador cuántico, utilizando fotones que rebotaban todos en conjunto para mapear la evolución de los electrones en un sistema de desorden creciente, pero altamente controlado. Algo nada fácil de entender para la mayoría de personas.

"Una buena razón por la que nuestra fidelidad en los resultados era tan alta es porque somos capaces de llegar a estados complejos en muy poco tiempo", explicó Neill. Cuanto más rápidamente un sistema pueda explorar todos los estados posibles, mejor será la predicción de cómo evolucionará el sistema en sí.

Si todo va bien, el mundo debería estar viendo pronto una computadora cuántica de UCSB / Google. Los investigadores están ansiosos por ponerla a prueba, obteniendo respuestas a preguntas que alguna vez fueron accesibles solo a través de la teoría, la extrapolación y las conjeturas, y abriendo un nuevo campo a la investigación y la experimentación.

"Definitivamente es muy emocionante", dijo el investigador de Google Pedram Roushan, quien dirigió el trabajo de simulación cuántica de muchos cuerpos publicado en una edición de la revista Science en el año 2017. Por lo pronto, todas las investigaciones se centran en la física de la materia condensada y la mecánica cuántica estadística , pero planean expandirse a otras áreas, incluida la química y los materiales, a medida que la tecnología se vuelva más refinada y accesible.

"Por ejemplo, saber si una molécula formará un enlace o reaccionará de alguna otra forma con otra molécula podrá servir para desarrollar nuevas tecnologías. Aún hay algunos problemas importantes que no se pueden estimar de manera aproximada y que realmente dependen de los detalles y de un muy fuerte poder de cómputo", dijo Roushan, haciendo alusión a que, dentro de unos años, podrán proporcionar un mayor acceso a esta potencia informática, permitiendo que las personas que así lo deseen, puedan "obtener una cuenta, iniciar sesión y adentrarse a explorar el mundo cuántico".

De esta manera Google da un paso más, para posicionarse en este planeta como una de las fuerzas de control y manejo de información, más poderosas que existen hoy en día. Esperemos que tanto poder concentrado en manos de una sola compañía, sea de utilidad para toda la humanidad.

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