105 qubits contra el caos: Google promete computadoras cuánticas «verdaderamente útiles»

Investigadores de Google Quantum AI han anunciado que lograron avances significativos en el campo de la corrección cuántica de errores. Sus investigaciones podrían allanar el camino hacia la creación de computadoras cuánticas que finalmente cumplan con las altas expectativas depositadas en ellas.

Las computadoras cuánticas prometen una revolución en la investigación científica, desde la física de partículas elementales hasta el desarrollo de nuevos medicamentos y materiales. Sin embargo, hasta ahora, su aplicación práctica ha sido limitada debido a su alta sensibilidad a los errores.

El problema clave ha sido que los sistemas cuánticos podían almacenar o procesar información de manera incorrecta. Estas imprecisiones impedían ejecutar algoritmos lo suficientemente largos como para ser útiles en la práctica. La nueva investigación de Google Quantum AI y sus socios académicos muestra que la adición de ciertos componentes puede reducir efectivamente el número de errores en los cálculos.

Anteriormente, debido a limitaciones de ingeniería, aumentar el número de elementos en una computadora cuántica incrementaba las imprecisiones.

Las computadoras cuánticas procesan datos utilizando estados cuánticos que obedecen las leyes de la mecánica cuántica. A diferencia de las computadoras convencionales, que operan con bits (0 y 1), los sistemas cuánticos utilizan qubits, capaces de estar en una "superposición" —en estados 0 y 1 al mismo tiempo—. Almacenar información en forma de superposiciones y manipular sus valores mediante efectos cuánticos, como el entrelazamiento, abre posibilidades para crear algoritmos radicalmente nuevos.

No obstante, en la práctica, los desarrolladores de computadoras cuánticas se encontraron con que los errores se acumulaban rápidamente debido a la extrema sensibilidad de los componentes. Una computadora cuántica representa 0, 1 o su superposición al trasladar uno de sus elementos a un estado físico determinado, que puede ser fácilmente perturbado por una interferencia accidental. Como resultado, el componente se encuentra en un estado que no corresponde a la información que debería representar. La acumulación de tales errores con el tiempo impide que el sistema proporcione respuestas precisas al ejecutar algoritmos largos sin corrección de errores.

Para realizar la corrección, los investigadores deben codificar la información de una manera especial. Los qubits pueden crearse a partir de diversos materiales, como átomos o iones individuales. En el caso de Google, cada qubit físico es un circuito superconductor en miniatura que debe mantenerse a temperaturas extremadamente bajas.

En los primeros experimentos con computadoras cuánticas, cada unidad de información se almacenaba en un solo qubit físico. Ahora, los investigadores, incluida la equipo de Google, han comenzado a experimentar con la codificación de cada unidad de información en varios qubits físicos. A este grupo de qubits físicos lo llaman un qubit "lógico", capaz de representar 0, 1 o su superposición. La idea es que un solo qubit lógico puede almacenar la unidad de información de manera más confiable que un qubit físico individual. El equipo de Google corrige las imprecisiones en el qubit lógico mediante un algoritmo conocido como código de superficie, que utiliza los qubits físicos que componen el qubit lógico.

En el experimento, un qubit lógico formado por 105 qubits físicos suprimió los errores de manera más eficaz que uno de 72 qubits. Según Brown, esto sugiere que agrupar un mayor número de qubits físicos en un qubit lógico realmente puede reducir el nivel de errores. Los científicos también informan que la vida útil del qubit lógico es 2.4 veces mayor que la de su mejor componente físico.

Sin embargo, este hallazgo es solo el primer paso hacia una computadora cuántica con corrección de errores, señala Jay Gambetta, vicepresidente de la iniciativa cuántica de IBM. Subraya que, aunque Google ha demostrado una memoria cuántica más confiable, la compañía aún no ha realizado operaciones lógicas con la información almacenada en esa memoria.

IBM, cuyas computadoras cuánticas también consisten en qubits basados en circuitos superconductores, emplea un enfoque diferente. La empresa cree que su método, conocido como código de baja densidad de verificación de paridad, será más fácil de escalar: cada qubit lógico requerirá menos qubits físicos para alcanzar niveles comparables de supresión de errores. Para 2026, IBM planea demostrar la creación de 12 qubits lógicos a partir de 244 físicos.

Otros investigadores también están desarrollando métodos interesantes. En lugar de circuitos superconductores, un equipo vinculado a la empresa QuEra de Boston utiliza átomos neutros como qubits físicos. A principios de este año, publicaron en la revista Nature un estudio que muestra la ejecución de algoritmos con hasta 48 qubits lógicos basados en átomos de rubidio.

Gambetta insta a los investigadores a tener paciencia y advierte contra un entusiasmo excesivo por los avances logrados. "Simplemente, no quiero que la gente piense que el problema de la corrección de errores está resuelto", dice. "El desarrollo de hardware lleva mucho tiempo, ya que el ciclo de diseño, creación y depuración requiere un esfuerzo considerable, especialmente en comparación con el desarrollo de software".

Para ejecutar algoritmos con una utilidad práctica garantizada, una computadora cuántica debe realizar alrededor de mil millones de operaciones lógicas", añade Brown. "Y hasta ahora, nadie se ha acercado ni remotamente a ese número de operaciones".