Avance de Google en computación cuántica: tasa de errores reducida 40 veces, superando la barrera clave de recursos
Google verificó una tecnología llamada "Magic State Breeding" en su procesador Willow, reduciendo la tasa de errores cuánticos aproximadamente 40 veces y alcanzando una fidelidad lógica T-state del 99.99%, estableciendo un nuevo récord en el campo. Si este avance logra expandirse exitosamente, se podrá reducir significativamente el tamaño del hardware necesario para construir sistemas cuánticos tolerantes a fallos, lo que representa un hito importante 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 significativamente el costo de hardware necesario para construir sistemas cuánticos prácticos.
La investigación relevante fue publicada el jueves en la revista Science. Google validó en su procesador Willow una técnica llamada "cultivo de estados mágicos" (magic state cultivation), reduciendo la tasa de error cuántico aproximadamente 40 veces y alcanzando una fidelidad lógica del estado T del 99,99%. Esta es la cifra más alta registrada hasta la fecha en el área.
Durante mucho tiempo, la producción de estados mágicos ha sido considerada el principal cuello de botella para la escalabilidad de la computación cuántica: se estima que hasta el 95% de la potencia de cálculo de un ordenador cuántico podría estar dedicada exclusivamente a la generación de estados mágicos, dejando recursos extremadamente limitados para el cálculo real.
Si este avance logra escalarse con éxito, reduciría significativamente la cantidad de hardware requerido para construir sistemas cuánticos tolerantes a errores, lo que tendría gran importancia para el camino hacia la comercialización de la computación cuántica.
Google también señaló que es necesario seguir validando la viabilidad de esta técnica a mayor escala y que aún existe una distancia considerable hasta la computación cuántica práctica.
Al momento de esta publicación, las acciones de Google subieron un 0,24% el jueves.
Estados mágicos: el agujero negro de recursos en la computación cuántica
Los estados mágicos son elementos clave para lograr la computación cuántica "universal". Para que un procesador cuántico ejecute operaciones complejas que superen a las computadoras clásicas, necesita apoyarse en estados mágicos para generar el conjunto requerido de operaciones cuánticas. Sin embargo, una vez que se utiliza un estado mágico, no puede reutilizarse, lo que los convierte en un recurso escaso.
El desafío mayor está en el costo de producción. Algunas investigaciones indican que una computadora cuántica podría necesitar hasta el 95% de su potencia total solo para producir estados mágicos, dejando recursos sumamente limitados para las tareas de cálculo real.
Este cuello de botella fue anticipado por la comunidad científica desde 2004 y, durante las siguientes dos décadas, la academia ha continuado explorando formas de reducir el costo de producción de estados mágicos, aunque con avances lentos.
Propuesta de cultivo de estados mágicos, gran mejora en la eficiencia de recursos
En 2024, los investigadores de Google Quantum AI Craig Gidney, Noah Shutty y Cody Jones propusieron un esquema de cultivo de estados mágicos basado en la literatura existente.
La idea central es diseñar el proceso de producción de estados mágicos como un mecanismo de filtrado: se inyectan estados cuánticos con ruido en una pequeña región del chip, y luego, mediante una serie de operaciones de medición altamente coordinadas, se detectan y descartan los intentos defectuosos para así "cultivar" estados cuánticos de alta pureza y baja tasa de error, codificándolos simultáneamente en una forma útil de mayor escala.
Sin embargo, llevar la teoría al hardware no resultó sencillo. La científica Emma Rosenfeld obtuvo, en las primeras pruebas, resultados que "parecían violar las leyes de la física".
Tras meses de investigación, el equipo halló que la raíz del problema era una suposición errónea en la técnica de referencia de medición: el ruido generado por las fluctuaciones eléctricas y los cambios de temperatura en el laboratorio interfería con la validez de las pruebas de referencia.
Para resolverlo, el equipo añadió controles extra al sistema para suprimir el impacto del ruido y, además, inventó una nueva técnica de referencia que utiliza el propio proceso de cultivo como herramienta de auto-calibración.
Fidelidad y errores con nuevos récords
En el procesador Willow, la propuesta logró finalmente reducir aproximadamente 40 veces la tasa de error respecto a los estados cuánticos no cultivados, alcanzando una fidelidad lógica del estado T del 99,99%, marcando un récord en el área.
El equipo de Google también realizó otra demostración importante: verificó que los estados mágicos cultivados podían transferirse sin problemas entre dos esquemas distintos de corrección de errores cuánticos; específicamente, desde el código de color de distancia-3 (color code, un método más nuevo adecuado para el cultivo) al código de superficie de distancia-5 (surface code, un método más consolidado).
Esta operación de "injerto" demuestra que el estado cuántico purificado puede mantenerse estable y trasladarse sin inconvenientes dentro del hardware, allanando el camino para la integración del cultivo de estados mágicos en la arquitectura de computación cuántica actual de Google.
A pesar de estos avances, Google dejó en claro que la técnica de cultivo de estados mágicos todavía necesita ser validada a mayor escala antes de poder aplicarse real y plenamente a tareas prácticas de computación cuántica, y que aún quedan muchos desafíos técnicos por superar.
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