Avance en computación cuántica de Google: tasa de error reducida 40 veces, superando el cuello de botella de recursos clave
Google ha validado en su procesador Willow una tecnología llamada "cultivo mágico", logrando reducir la tasa de errores cuánticos aproximadamente 40 veces y alcanzando una fidelidad lógica en estado T del 99.99%, estableciendo un nuevo récord en este campo. Si este avance logra expandirse con éxito, reducirá significativamente la escala de hardware necesaria para construir sistemas cuánticos tolerantes a fallos, lo que tiene un gran significado para la comercialización de la computación cuántica.
El equipo de Google Quantum AI ha logrado avances clave en el campo de la computación cuántica, lo que podría reducir considerablemente el coste de hardware necesario para construir sistemas cuánticos prácticos.
La investigación relacionada fue publicada el jueves en la revista Science. Google validó una tecnología llamada “cultivo de estados mágicos” (magic state cultivation) en su procesador Willow, reduciendo la tasa de error cuántica en unas 40 veces y consiguiendo una fidelidad lógica del estado T del 99,99%. Este es el récord más alto alcanzado en este campo hasta la fecha.
La producción de estados mágicos ha sido considerada durante mucho tiempo como el principal cuello de botella para la escalabilidad de la computación cuántica; se estima que hasta el 95% de la capacidad de procesamiento de una computadora cuántica podría dedicarse exclusivamente a la generación de estos estados mágicos, dejando recursos sumamente limitados para las tareas computacionales reales.
Si este avance logra ampliarse con éxito, reducirá drásticamente la escala de hardware necesaria para construir sistemas cuánticos tolerantes a fallos, lo que tendría un importante impacto en el camino hacia la comercialización de la computación cuántica.
Google también indicó que, todavía es necesario verificar la viabilidad de esta tecnología a mayor escala y que la computación cuántica práctica aún está bastante lejos.
Hasta el momento de la publicación, el precio de las acciones de Google subió un 0,24% el jueves.
Estados mágicos: el agujero negro de recursos en la computación cuántica
Los estados mágicos son un elemento clave para lograr la computación cuántica “universal”. Para que un procesador cuántico ejecute operaciones complejas que superen a una computadora clásica, debe confiar en estados mágicos para generar el conjunto necesario de operaciones cuánticas. Sin embargo, una vez usado, el estado mágico no se puede reutilizar, lo que lo convierte en un recurso escaso.
El desafío es aún mayor en términos de coste de producción. Algunas estimaciones sugieren que una computadora cuántica podría necesitar dedicar hasta el 95% de su capacidad total a la producción de estados mágicos, dejando así recursos extremadamente limitados para las tareas computacionales reales.
Los investigadores previeron esta limitación ya en 2004, y durante los últimos veinte años, la comunidad científica ha seguido buscando formas de reducir el coste de producción de los estados mágicos, con avances lentos.
Propuesta de cultivo de estados mágicos, gran avance en eficiencia de recursos
En 2024, los investigadores de Google Quantum AI Craig Gidney, Noah Shutty y Cody Jones propusieron un método de cultivo de estados mágicos basado en la literatura existente.
La idea central es diseñar el proceso de producción de estados mágicos como un sistema de filtrado: se inyectan estados cuánticos ruidosos en una pequeña región del chip, y luego mediante una serie de operaciones de medición altamente coordinadas, se detectan e eliminan los intentos defectuosos, “cultivando” así estados cuánticos de alta pureza y baja tasa de error, al tiempo que se codifican en formatos compatibles con escalas mayores.
Sin embargo, pasar de la teoría a la realización en hardware no fue sencillo. La científica investigadora Emma Rosenfeld obtuvo durante las pruebas iniciales datos que “parecían contradecir las leyes de la física”.
Tras meses de investigación, el equipo descubrió que el origen del problema estaba en una suposición errónea dentro de la tecnología de referencia de medición: el ruido causado por el desplazamiento del equipo eléctrico y los cambios de temperatura en el laboratorio interfería con la validez de las pruebas de referencia.
Por ello, el equipo no solo añadió controles adicionales al sistema para suprimir el efecto del ruido, sino que también inventó una nueva técnica de referencia, utilizando el propio proceso de cultivo como herramienta de auto-calibración.
Récords en fidelidad y reducción de errores
En el procesador Willow, el método alcanzó finalmente una reducción de la tasa de error aproximadamente 40 veces superior a la de los estados cuánticos sin cultivar, logrando una fidelidad lógica del estado T del 99,99%, estableciendo un nuevo récord en el campo.
El equipo de Google también completó otra demostración importante: validó que los estados mágicos cultivados pueden transferirse sin problemas entre dos esquemas diferentes de corrección de errores cuánticos —concretamente, trasladando el estado cuántico desde el código de color (color code) de distancia-3, un método más reciente adecuado para operaciones de cultivo, al código de superficie (surface code) de distancia-5, un método más consolidado de corrección de errores.
Esta operación de “injerto” demostró que el estado cuántico purificado puede sobrevivir y transferirse de manera estable dentro del hardware, allanando así el camino para la integración de la tecnología de cultivo de estados mágicos en la arquitectura actual de computación cuántica de Google.
A pesar de estos avances, Google ha dejado claro que la tecnología de cultivo de estados mágicos todavía necesita ser verificada a mayor escala antes de que pueda aplicarse a tareas reales de computación cuántica, y que siguen existiendo numerosos desafíos técnicos.
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