Chip Ocelot. Omicrono
Amazon se enfrenta a Microsoft presentando Ocelot, su chip de computación cuántica que resolverá problemas enormes
Este nuevo avance incide sobre uno de los mayores inconvenientes de los dispositivos cuánticos: el "ruido" que afecta a sus errores en cálculos.
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Hace poco más de una semana saltaba la noticia en España: Microsoft lanzaba el Majorana 1, su nuevo chip cuántico cuya creación ha incluido el primer topoconductor del mundo. Un chip histórico, que aspira a acelerar la llegada de los ansiados ordenadores cuánticos comerciales capaces de hacer frente a problemas complejos que los equipos convencionales no pueden tratar. Amazon ha seguido los pasos de los de Redmond y han anunciado Ocelot, su nuevo procesador de computación cuántica.
Así lo ha anunciado Amazon desde su sección de Amazon Web Services, dando a conocer este chip desarrollado por el Centro de Computación Cuántica de AWS en el Instituto de Tecnología de California. La gran baza de Ocelot resalta en la corrección de errores de cero usando los llamados 'cat qubits', unos cúbits apodados así por el famoso experimento mental del gato de Schrödinger, que ilustraba el problema de la interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica.
En palabras de la compañía, Ocelot presume de tener una gran eficiencia en la corrección de errores, uno de los problemas más habituales de la computación cuántica, gracias a estos cúbits. Los cat qubits, explica Amazon, usan estados cuánticos que actúan de una forma parecida a los estados de la física clásica (es decir, estados de tamaño y tiempo claramente definidos) pero pudiendo existir en múltiples estados a la vez. Así, pueden almacenar cada uno una unidad de información cuántica.
Los errores de los ordenadores cuánticos
Y es que estos cúbits 'felinos' suprimen de forma intrínseca ciertas formas de error, lo que reduce los recursos necesarios para la corrección de errores cuánticos. Este enfoque ha permitido que Amazon combine estos cat qubits junto a componentes de corrección de errores cuánticos en un único microchip, que se puede fabricar de forma escalable "utilizando procesos tomados de la industria de la microelectrónica".
La clave reside en los desafíos que enfrentan los ordenadores cuánticos actuales. Estos dispositivos son increíblemente sensibles, incluso a los cambios más pequeños; los cambios que se catalogan como "ruido" en el entorno de estos ordenadores. Ya sea el calor, las vibraciones, las redes WiFi o incluso los rayos cósmicos y la radiación del espacio exterior pueden sacar a estos cúbits de su estado cuántico, causando errores en el cálculo cuántico que estos están realizando.
Dentro de los laboratorios de computación cuántica de los AWS.
De esta forma, los ordenadores cuánticos han resultado tener problemas bastante importantes a la hora de realizar cálculos fiables que carezcan de errores. Así, el desafío real radica no tanto en construir más cúbits (que también), sino en hacer que estos funcionen de forma fiable. Por ende, los ordenadores cuánticos se basan en la corrección de errores cuánticos, que usan codificaciones especiales de información cuántica en múltiples cúbits en forma de cúbits "lógicos", con el objetivo de proteger la información cuántica del entorno que los afecta.
Este sistema abre la puerta a la detección y corrección de errores a medida que estos ocurren. Pero sigue habiendo problemas, ya que para obtener resultados precisos es necesario recurrir a una gran cantidad de cúbits, desembocando en costes prohibitivos para estos entornos industriales. Es aquí donde entra Ocelot y su enfoque, diseñado enteramente desde cero con esta corrección de errores integrada.
La creación de Ocelot
Ocelot ha sido desarrollado y diseñado desde cero en su máxima totalidad, con el objetivo de crear ordenadores cuánticos prácticos. Con este objetivo en mente, desde Amazon se pusieron un objetivo: solucionar de facto la corrección de errores cuánticos de la forma más eficiente posible. De ahí se ha llegado a este prototipo de chip de computación cuántica, específicamente creado para probar la eficacia de la arquitectura de corrección de errores cuánticos de AWS (Amazon Web Services).
El chip como tal está formado por dos microchips de silicios integrados unidos entre sí formando una pila de chips conectados eléctricamente. En la superficie de cada microchip hay delgadas capas de materiales superconductores, que usan los elementos del circuito cuántico. De esta forma, el chip integra hasta 14 componentes principales: cinco cúbits de datos (los cat qubits), los cinco circuitos de amortiguación para estabilizar los cúbits de datos y otros cuatro cúbits adicionales para detectar errores en los cúbits de datos.
Y es que los cat qubits se usan sobre todo almacenando los estados cuánticos que se utilizan posteriormente para los cálculos. Para ello, se basan en unos componentes llamados osciladores, que se encargan de generar una señal eléctrica repetitiva con una temporización constante. A su vez, los osciladores están hechos con una fina película de material superconductor, apodado tantalio. De esta forma, los ingenieros de AWS han podido desarrollar formas específicas para procesar el tantalio en el chip de silicio, con el objetivo de mejorar el rendimiento del oscilador.
Chip Ocelot según AWS. Omicrono
Los cat qubits son básicamente minúsculas estructuras huecas de tantalio, que contienen radiación de microondas. Están posicionados en un chip de silicio, junto con otros cúbits hechos de material superconductor, dando lugar a la distribución ya conocida de cat qubits mencionada anteriormente.
Oskar Painter, director de hardware cuántico de AWS, expone la idea de eficacia de Ocelot. El equipo del directivo estima que escalar Ocelot a un ordenador cuántico completamente desarrollado capaz de tener un impacto social transformador requería, utilizando la arquitectura de Ocelot, únicamente una décima parte de los recursos asociados con los enfoques estándar de corrección de errores cuánticos".
En otras palabras: el diseño de Ocelot no solo simplifica enormemente la corrección de errores, sino que requiere una décima parte de la cantidad de cúbits por bit de información, haciéndolo más eficiente por ejemplo que el chip Willow de 2024 (en este caso, el chip de Google usaba 105 cúbits para la corrección de errores). La traducción directa de esta idea sería la obtención de ordenadores cuánticos más pequeños y fiables, con un coste bastante reducido.
El objetivo de Ocelot es, según Amazon, "acelerar el camino a la aplicación de la computación cuántica a futuras aplicaciones del mundo real", que incluyen descubrir y desarrollar fármacos de forma más rápida, producir nuevos materiales, predicciones más precisas sobre estrategias de inversión en mercados financieros y un largo etcétera.
Confección del chip Ocelot de AWS. Omicrono
Cabe aclarar que Ocelot solo es un prototipo por el momento. "Recién estamos empezando y creemos que tenemos varias etapas más de escalado por las que pasar", expuso Painter. "Es un problema muy difícil de abordar y tendremos que seguir invirtiendo en investigación básica". Tanto es así, que el propio responsable ha aclarado que de momento, los pasos a seguir pasan por "seguir innovando en toda la pila de computación cuántica, seguir examinando si estamos usando la arquitectura correcta e incorporar estos aprendizajes a nuestros esfuerzos de ingeniería.
