Los ordenadores cuánticos, aún imperfectos, ya pueden hacer tareas imposibles para el mejor superordenador clásico

Pero, hasta llegar a este punto, aún queda camino por recorrer. Si bien los primeros procesadores empiezan a tener cada vez cúbits de una mejor calidad (o bits cuánticos, el 'lenguaje' en el que hablan estos sistemas y que, a diferencia de los bits clásicos, que pueden ser 1 o 0, son 1 y 0 a la vez, como el famoso gato de Schrödinger, vivo y muerto dentro de su caja), estos aún presentan muchos errores y ruido (inestabilidad en el sistema). Esto provoca que los cálculos no sean tan 'finos' como deberían y que todas esas promesas relatadas anteriormente aún sean irrealizables.

Sin embargo, mientras algunos físicos resuelven todos estos problemas y preparan cúbits tolerantes a fallos, otros investigan explorando las oportunidades que ya pueden ofrecer los ordenadores cuánticos, incluso a pesar de cometer muchos errores. Es el caso del grupo liderado por los científicos de IBM Andrew Eddins, Youngseok Kim y Abhinav Kadala, quienes acaban de demostrar que su procesador de 127 cúbits ya puede realizar tareas que ningún ordenador clásico podría llevar a cabo. Los resultados acaban de publicarse en la revista 'Nature'.

Hasta ahora, varios procesadores cuánticos ya han demostrado que realizan tareas mejor que los ordenadores clásicos (o que han alcanzado la polémica 'supremacía cuántica'): en 2019, Google publicaba precisamente en 'Nature' que su equipo cuántico tardaba apenas 200 segundos frente a los 10.000 años empleados por el superordenador más potente de la época en generar patrones en una serie de números aleatorios siguiendo una fórmula predeterminada (si bien IBM aseguraba después que sus equipos clásicos podían emular este resultado). Después era China (primero con un sistema diferente basado en muestreo de bosones y después con un procesador parecido al de Google) quien reclamaba el ansiado título con otras dos tareas creadas específicamente para demostrar que los equipos cuánticos son, de facto, mejores que los clásicos.

«Aunque se ha demostrado que los procesadores cuánticos existentes superan a las máquinas clásicas en problemas específicos pero artificiales, se ha debatido si las computadoras cuánticas ruidosas actuales o del futuro cercano pueden ser lo suficientemente buenas para ejecutar cálculos cuánticos que podrían ser útiles, por ejemplo, con fines de investigación», señalan los autores. Es decir, que fueron experimentos 'ad hoc' para probar la ansiada supremacía cuántica, pero no eran aplicables a ningún ámbito más allá (si bien algunos investigadores buscaron nuevos campos de explotación).

Además, a la vez que los ordenadores cuánticos mejoran, también lo hacen los superordenadores clásicos, que encuentran formas para equipararse. "La supremacía cuántica no se ha demostrado al 100% todavía", explica a ABC Juan José García-Ripoll, físico teórico del Instituto de Física Fundamental (dependiente del CSIC). "Porque a medida que mejoran los procesadores cuánticos, mejora nuestra comprensión de estos sistemas, lo que provoca que se creen nuevas herramientas que pueden simularlos".

Por todo ello, el objetivo de los autores fue probar que los procesadores cuánticos, aunque aún imperfectos, ya pueden ser muy útiles en diferentes campos y aplicaciones, sobre todo para los científicos.

Los autores realizaron diferentes experimentos con su procesador de 127 cúbits generando «estados cuánticos grandes y altamente entrelazados» que son demasiado exigentes para ser reproducidos de manera confiable por el mejor superordenador clásico actual gracias a la alta calidad de su equipo y una forma de procesar los datos a posteriori que compensa el ruido, creando y midiendo estados tan grandes sin generar tantos errores como para socavar el cálculo.

Para García-Ripoll, este avance supone tres cosas. La primera es que su procesador cuántico puede simular un problema de interés científico: "En este caso, se fija en el modelo de Ising, un modelo muy sencillo, pero aplicado en magnetismo, física estadística o en sistema cuánticos muy correlacionados". Por otro lado, aunque la simulación sea imperfecta, han demostrando que los errores están lo suficientemente estructurados para que, en promedio, se puedan 'cancelar' en las observaciones experimentales. "Es decir, que se puede construir un protocolo que, midiendo la misma simulación con distintos parámetros, permite extraer una predicción más precisa y más cercana a un ordenador sin errores".

Por último, las predicciones hechas por el procesador cuántico de IBM son mejores que otros algoritmos que tenemos de computación clásica para resolver esos mismos problemas. "Así validan un ordenador cuántico como una herramienta de interés científico para abordar problemas de una complejidad relevante", indica García-Ripoll.

«La ventaja fundamental del sistema se relaciona con la escala, en lugar de con la velocidad: ninguna computadora clásica tiene suficiente memoria para codificar las posibilidades calculadas por los 127 cúbits», señalan por su parte los físicos Göran Wendin y Jonas Bylander en un artículo de revisión adjunto. «Esta técnica codifica el problema en cúbits que no necesitan ser perfectos, pueden ser relativamente pocos y, además, medirse rápidamente, antes de que un error pueda corromper el cálculo». Es decir, echar un 'rápido vistazo' antes de que los errores, que se multiplican con cada nueva operación, den al traste con el resultado. Es algo así como el clásico 'teléfono escacharrado': cuando el mensaje pasa de persona a persona, puede ir acumulando más y más fallos hasta hacerlo irreconocible. En este caso, el 'mensaje' se quedaría en la segunda persona, pudiendo evitar que se generasen nuevos fallos.

Aún así, los físicos ponen en perspectiva este avance: «¿Mejora las perspectivas de aplicar la computación cuántica a problemas industrialmente relevantes? Lo más probable es que la respuesta sea no», señalan aduciendo que tales algoritmos «deben involucrar una cantidad mucho mayor de cúbits y muchas más operaciones (...) para ser competitivos con las supercomputadoras clásicas de alto rendimiento, y estos cálculos cuánticos inevitablemente se ahogarían en el ruido que surge de los errores de cúbit».

Sin embargo, sí que significan nuevas oportunidades para que los procesadores cuánticos emulen sistemas físicos «que están mucho más allá del alcance de los ordenadores convencionales», indican. Aún así, tendremos que esperar a las computadoras cuánticas 'completas' para empezar a disfrutar de todas sus aplicaciones que, de momento, siguen siendo promesas.