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Incluso el superordenador Frontier, uno de los más rápidos del mundo, habría necesitado más de tres años para ejecutar el cálculo de un algoritmo destinado a medir los llamados «ecos cuánticos», mientras que el ordenador cuántico de Google con el chip Willow lo completó en poco más de dos horas.
En resumen
- Google desarrolla «Quantum Echoes»
- Chip Willow con 65/105 cúbits
- 13.000 veces más rápido que el algoritmo clásico
- Los ecos cuánticos miden la probabilidad de retorno
- Aplicaciones en el desarrollo de fármacos y materiales
Los avances en computación cuántica siguen siendo, en su mayoría, puramente teóricos. Según sus propias declaraciones, Google afirma haber logrado ahora, mediante un algoritmo denominado «Quantum Echoes», la primera ventaja cuántica verificable. Se entiende por ello según un ingeniero una tarea de cálculo cuyo resultado puede ser confirmado de forma independiente por otros grupos de investigación.
Los experimentos, realizados por Google junto con un equipo de investigación, se llevaron a cabo sobre el ya conocido chip Willow, que ofrece, según su configuración, 65 o 105 cúbits y está diseñado para funcionar de forma especialmente estable y con muy pocos errores.
Según Google, el algoritmo implementado en el chip Willow fue aproximadamente 13.000 veces más rápido que el mejor algoritmo clásico ejecutado en el Frontier, hasta la fecha uno de los superordenadores más rápidos del mundo. Según informa t3n, este último habría necesitado unos 3,2 años para realizar el cálculo que el ordenador cuántico de Google completó en poco más de dos horas, tal como se describe en la revista especializada Nature y como señala 3tn.
Comparable al efecto mariposa
Los ecos cuánticos son según el profesor doctor Klaus Richter de la Universidad de Regensburg análogos a los ecos de espín y sirven, por ejemplo, para calcular la probabilidad de retorno de un estado N-partículas propagado en el tiempo a su estado inicial.
Detrás del nombre inglés «Quantum Echoes» se esconde un algoritmo denominado correlador fuera de orden temporal (OTOC, por sus siglas en inglés), un concepto matemático desarrollado originalmente para estudiar la estabilidad y la propagación de la información en sistemas cuánticos. Los OTOC describen, concretamente, hasta qué punto dos estados cuánticos están entrelazados cuando se miden en momentos distintos, o, dicho de forma simplificada, cómo crece una pequeña perturbación en el sistema a lo largo del tiempo.
Pequeños impulsos, grandes efectos: los ecos cuánticos muestran cómo se propagan las perturbaciones en sistemas cuánticos altamente interconectados. (Fuente de imagen: Unsplash / Alessandra Wolfsberger)
Así lo explica un joven periodista científico de Ingenieur.de, comparando este fenómeno con el «famoso efecto mariposa de la teoría del caos, pero a escala de partículas cuánticas individuales».
El experimento, según su explicación, se lleva a cabo en varias fases: tras operaciones hacia adelante siguen perturbaciones dirigidas mediante una manipulación intencional de los cúbits, que se propagan por todo el procesador debido al entrelazamiento entre todos los cúbits. A continuación, en operaciones hacia atrás, se repiten todas las operaciones en orden inverso o se «rebobinan», con el fin de restaurar el estado original.
Finalmente, se vuelve a leer el estado y se mide el «eco» resultante para determinar hasta qué punto la información original se ha modificado por el ruido o por interacciones.
Un espejo temporal con la medición por resonancia magnética nuclear como primer campo de ensayo
El eco cuántico proporciona, por tanto, una especie de «espejo temporal». Google y un equipo internacional de investigación han encontrado ya una primera aplicación práctica mediante la técnica de resonancia magnética nuclear (RMN), utilizada para determinar estructuras atómicas y enlaces en química o medicina.
En este ensayo, los «Quantum Echoes» de Google actuaron como una especie de «regla molecular» para medir con precisión las distancias y acoplamientos entre átomos. En la prueba se emplearon moléculas compuestas por 15 y 28 átomos.
Los resultados coincidieron con los obtenidos mediante métodos RMN establecidos, pero además aportaron información sobre estructuras químicas que los métodos convencionales no pueden ofrecer. Google lo denomina «Quantum-Scope», en alusión a los telescopios y microscopios, capaces de explorar nuevas dimensiones del mundo visible.
El gigante de los motores de búsqueda prevé que, basándose en esta investigación con el algoritmo «Quantum-Echoes», dentro de cinco años ya serán posibles aplicaciones prácticas reales en el desarrollo de nuevos fármacos y materiales.
Michel Devoret, premio Nobel de Física y científico principal de Google Quantum AI, califica el trabajo de hito y afirma, según informa Ingenieur.de: «Este nuevo estudio presenta al ordenador cuántico como una herramienta para descubrir estructuras moleculares – no solo en RMN, sino quizá también en el futuro en la sensorización cuántica».
Preguntas frecuentes
¿Qué es el algoritmo Quantum-Echoes?
El algoritmo Quantum-Echoes es un correlador fuera de orden temporal (OTOC) que investiga la estabilidad y la propagación de la información en sistemas cuánticos. Describe hasta qué punto dos estados cuánticos están entrelazados cuando se miden en momentos distintos.
¿Cómo funciona el experimento?
El experimento se lleva a cabo en varias fases: tras operaciones hacia adelante siguen perturbaciones dirigidas mediante una manipulación intencional de los cúbits, que se propagan por todo el procesador. En operaciones hacia atrás se repiten todas las operaciones en orden inverso para restaurar el estado original.
¿Qué es el chip Willow?
El chip Willow es un procesador cuántico que ofrece, según su configuración, 65 o 105 cúbits y está diseñado para funcionar de forma especialmente estable y con muy pocos errores.
¿Qué velocidad alcanza el algoritmo Quantum-Echoes?
Según Google, el algoritmo Quantum-Echoes es aproximadamente 13.000 veces más rápido que el mejor algoritmo clásico ejecutado en el Frontier, uno de los superordenadores más rápidos del mundo.
¿Qué aplicaciones tiene el algoritmo Quantum-Echoes?
El algoritmo Quantum-Echoes puede utilizarse para medir con precisión las distancias y los acoplamientos entre átomos. Google prevé que, basándose en esta investigación, dentro de cinco años ya serán posibles aplicaciones prácticas reales en el desarrollo de nuevos fármacos y materiales.
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Fuente de imagen: Unsplash / Shubham Dhage
