Los ordenadores cuánticos ya resuelven problemas imposibles para la mejor computadora clásica

A medida que los ordenadores cuánticos se hacen más potentes necesitan de más aislamiento para evitar el ruido y de mecanismos para corregir errores. Ahora, IBM ha logrado avanzar en este sentido y ha probado que una de sus máquinas puede ayudar en el cálculo de problemas científicos prácticos.

En su experimento, investigadores del Centro Thomas J. Watson de la empresa IBM han demostrado, después de emplear un "truco" que disminuye el ruido y los errores, que su ordenador Kyiv de 127 cúbits es capaz de simular estados físicos extremadamente complejos con una alta fidelidad. Los resultados se publican en la revista Nature.

Aunque ya se ha comprobado que los procesadores cuánticos pueden superar a los clásicos en la resolución de tareas -supremacía cuántica-, hasta ahora lo han hecho con problemas artificiosos, es decir, diseñados específicamente y no con una utilidad patente.

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La comunidad científica debate, por tanto, si los ordenadores cuánticos actuales y futuros -aun con ruido y errores- pueden ser lo suficientemente buenos para ejecutar cálculos que puedan ser útiles, por ejemplo, para fines de investigación.

El equipo de Andrew Eddins, Youngseok Kim y Abhinav Kadala ha demostrado en este estudio que su chip cuántico puede generar, manipular y medir con fiabilidad -el parecido del resultado obtenido al que debería ser- estados cuánticos tan complejos que sus propiedades no pueden estimarse con fiabilidad mediante aproximaciones clásicas, resume la revista.

Trabajar a nivel atómico

El experimento sugiere que los ordenadores cuánticos "podrían ser ya capaces de ayudar con algunos problemas específicos -como el estudio de modelos físicos- que resultan intratables en los ordenadores clásicos, incluso sin corrección de errores".

La misión de los ordenadores cuánticos, como la de los convencionales y supercomputadores, es la de hacer operaciones, que los primeros ejecutan de forma muy distinta: trabajan a nivel atómico y por lo tanto siguiendo las normas de la física cuántica (rama encargada de estudiar el mundo a escalas espaciales muy pequeñas).

Los ordenadores cuánticos funcionan con cúbits (unidad básica de información cuántica) y no bits (como en los tradicionales). Un bit (acrónimo en inglés de binary digit -dígito binario-) es la unidad mínima de información empleada en informática o en un dispositivo digital y se representa con dos valores, 0 y 1 -todo lo que soporta el funcionamiento de un ordenador clásico se escribe en estos términos-.

Sin embargo, en la computación cuántica esto cambia, ya que un cubit, a diferencia de un bit, puede contener, además, ciertas combinaciones de ambos valores que no se pueden conseguir clásicamente, lo que posibilita una velocidad de procesamiento mayor.

Los sistemas cuánticos son muy sensibles al ruido -cambios de temperatura, de luz- y esto puede perturbar el cálculo y dar lugar a resultados inexactos, un problema que se ve agravado cuanto más grande es la instalación.

Los clásicos están construidos con mecanismos propios para corregir errores, pero en los cuánticos sigue siendo un desafío. Esos mecanismos se conocen teóricamente, pero implican aumentar mucho el número de cúbits y operaciones, de manera que solo compensaría introducirlos en un ordenador cuántico en el que las probabilidades de error en cada operación fueran aún mucho más bajas que las actuales, explica Carlos Sabín, del departamento de Física Teórica de la Universidad Autónoma de Madrid, que no firma el artículo.

¿Se puede hacer algo útil?

El reto de tener un ordenador cuántico con tantísimos cúbits y con probabilidades de error tan extremadamente bajas está todavía muy lejos de las capacidades tecnológicas actuales, resume a Science Media Centre. La pregunta que el equipo de IBM se planteó es si se puede hacer algo útil con los ordenadores cuánticos actuales, con un número pequeño de cúbits y unas probabilidades de error relativamente altas.

Para sortear el problema, el equipo no utilizó la corrección de errores, sino la "mitigación de errores", una técnica propuesta hace unos cinco años como alternativa a la primera, detalla a EFE este investigador. Se trata de una especie de "truco" por el que se corrigen los errores a posteriori normalmente con un ordenador clásico, una vez conocidos estos y las fuentes de donde provienen e implicaciones.

En estos resultados "mitigados", IBM usa una máquina de 127 cúbits -de los mayores números publicados- y ejecuta en ella circuitos cuánticos con 2880 puertas lógicas (operaciones) entre parejas de cúbits. Con ello ha podido simular el modelo de Ising, introducido originalmente para explicar propiedades vinculadas al magnetismo y que con el tiempo ha encontrado muchas aplicaciones en física.

Para Sabín, si bien los resultados están aún en fase experimental, tienen peso. "Frente al concepto de ventaja o supremacía cuántica que defiende Google -con polémica incluida cuando aseguró en 2019 haberla conseguido e IBM lo puso en duda-, IBM quiere ahora poner de relieve la utilidad cuántica".