Los misterios del mundo cuántico: cómo son los nuevos chips del futuro y qué problemas podrían resolver

Esta semana ocurrió un paso trascendental en la evolución tecnológica con el lanzamiento de Willow, su nuevo chip cuántico, que promete revolucionar la informática al realizar cálculos que desafían los límites del tiempo y la física. Según anunció Google, esta nueva tecnología tiene una capacidad de resolver en minutos problemas que llevarían trillones de años a los superordenadores más avanzados, en la actual carrera por la supremacía cuántica.

La computación cuántica, basada en los principios de la mecánica cuántica, fue durante décadas un campo rodeado de altas expectativas y desafíos técnicos.

Ahora, con Willow, aseguran que no solo superó importantes barreras teóricas, sino que también está cada vez más cerca de aplicaciones prácticas que podrían transformar sectores como la inteligencia artificial, la química y la medicina.

“Estudiada por una rama de la Física, la Mecánica Cuántica estudia el comportamiento de la materia a escalas muy pequeñas, como el núcleo atómico, el átomo y las moléculas”, explicó a Infobae el doctor en Física e investigador del Conicet, Christian Schmiegelow.

“El mundo cuántico tiene una particularidad única. Es que las cosas que ocurren a nivel cuántico no están determinadas hasta que se las mide. Un registro cuántico puede estar al mismo tiempo en muchas búsquedas. Hasta que no le preguntamos algo concreto, el objeto puede estar en una pluralidad de opciones. Es un mundo fascinante d me mecánica cuántica experimental”, agregó el experto y profesor del Departamento de Física, de la Facultad de Ciencias Exactas de la Universidad de Buenos Aires (UBA).

Si bien la noticia del desarrollo de Willow causó un impacto en los medios tecnológicos del mundo, Schmiegelow indicó que todavía falta mucho para llegar a la afirmación que hizo Google sobre el poder que tiene este chip para resolver problemas muy complejos a nivel computacional en tan solo cinco minutos.

“Cuando salió el preprint o adelanto del estudio científico el 24 de agosto, nuestro equipo en la UBA estudió el anuncio y llegó a la conclusión que el mismo Google afirmaba solo se había mejorado en dos la operatividad y baja de errores en los resultados finales”, aseguró Schmiegelow.

En sí, el estudio científico publicado en Nature indica: “Nuestros resultados presentan un rendimiento del dispositivo que, si se escala, podría satisfacer los requisitos operativos de algoritmos cuánticos tolerantes a fallas a gran escala”. Esta afirmación de los responsables de Google permite inferir que todavía falta mucho en el campo de la computación cuántica para generar resultados sin errores y claros.

Uno de los problemas más complejos de la computación cuántica es la corrección de errores. Los qubits, que representan la unidad básica de estas máquinas, son extremadamente frágiles y susceptibles a interferencias externas, lo que puede generar errores que comprometen los cálculos. Sin embargo, Google afirma haber superado este obstáculo crítico.

“Con Willow, no solo se han reducido los errores, sino que se arribó a un fenómeno sorprendente: cuanto más grande es la matriz de qubits utilizada, más estable y precisa se vuelve la máquina. Esto contradice los problemas históricos del escalado en computación cuántica y establece un nuevo estándar”, aseguran desde Google.

“Este avance nos lleva más allá del ‘umbral de corrección de errores’, un hito que durante décadas se consideró imposible de alcanzar”, indicó Google en un comunicado. La corrección de errores en tiempo real permite que las computadoras cuánticas se mantengan operativas el tiempo suficiente para completar cálculos complejos sin degradarse, un avance crucial para su futura utilidad.

Un mundo diferente

El mundo cuántico se refiere al conjunto de fenómenos físicos que ocurren a escalas extremadamente pequeñas, como las de átomos y partículas subatómicas. Este ámbito está gobernado por las leyes de la mecánica cuántica, una rama de la física desarrollada en el siglo XX que describe el comportamiento de la materia y la energía a niveles microscópicos.

A diferencia de la física clásica, que explica el mundo macroscópico que experimentamos diariamente, el mundo cuántico presenta propiedades y comportamientos que desafían nuestra intuición.

“Google presentó su nuevo chip compuesto de 105 qubits, que en realidad son bits cuánticos. Todo nuestro mundo digital funciona a través de bits. En lugar de trabajar con sistemas eléctricos de ceros y unos (0 y 1) trabajan a escala muy pequeña a nivel subatómico. Son partículas subatómicas como neutrones, protones, iones que interactúan entre sí y pueden estar en múltiples estados al mismo tiempo en una superposición cuántica increíble”, explicó a Infobae, Facundo Díaz, presidente y fundador de /q99, la primera startup Argentina especializada en computación cuántica.

“Hoy en día existe una carrera cúantica de muchos países por alcanzar el próximo nivel computacional de este siglo. Meses atrás se pensaba que en 30 años esta tecnología estaría al servicio de cada persona, pero con los últimos avances la brecha se redujo a 10 años o menos. Google en 2019 anunció la supremacía cuántica con una computadora con 53 qubits llamada Sycamore. Pero esta de 105 qubits la superó. Otras compañías como IBM o países como China, Japón y Alemania también están muy avanzados”, profundizó Díaz.

“La mecánica cuántica podría beneficiar en el futuro a millones de personas en áreas sensibles como la salud, el desarrollo de materiales, las cadenas de producción, y el desarrollo de baterías y combustibles más eficientes y menos contaminantes”, sugirió Díaz, que está trabajando en su startup para traer el año próximo o antes una supercomputadora cuántica de más de 100 qubits.

Los qubits utilizados en Willow son superconductores, una tecnología que requiere temperaturas extremadamente bajas, cercanas a los 460 grados bajo cero. Bajo estas condiciones, los metales utilizados en el chip exhiben propiedades cuánticas que permiten realizar cálculos en paralelo, mucho más allá de lo que es posible con los bits tradicionales de las computadoras clásicas. Una de sus características más fascinantes es la superposición cuántica, que permite a una partícula, como un electrón o un qubit, existir en múltiples estados simultáneamente

Un qubit puede representar tanto un 1 como un 0 simultáneamente, lo que significa que dos qubits pueden almacenar cuatro valores a la vez. Esta capacidad exponencial se amplifica enormemente a medida que se agregan más qubits. Sin embargo, la fragilidad de estos sistemas había limitado históricamente su escalabilidad. Con Willow, Google asegura haber demostrado que este problema puede ser superado.

El rendimiento de Willow fueron evaluado mediante una prueba de referencia denominada muestreo aleatorio de circuitos (RCS), un estándar en la computación cuántica. Según los resultados, el chip puede realizar en menos de cinco minutos un cálculo que llevaría 10 mil trillones de años a las supercomputadoras más potentes.

Para poner esta cifra en perspectiva, este período de tiempo supera ampliamente la edad del universo conocido, estimada en 13.8 mil millones de años. “Las capacidades de Willow no solo trascienden los límites de la informática clásica, sino que también respaldan la idea de que la computación cuántica opera en muchos universos paralelos”, señaló Google.

En 2019, Google declaró haber alcanzado la supremacía cuántica, el punto en el que una computadora cuántica realiza tareas imposibles para cualquier máquina clásica. Sin embargo, esta afirmación fue cuestionada cuando supercomputadoras tradicionales lograron replicar algunas de sus hazañas.

Con Willow, Google busca consolidar su liderazgo y avanzar hacia la ventaja cuántica, un estado en el que estas máquinas no solo superen a las clásicas en tareas específicas, sino que también impulsen avances en campos como el diseño de fármacos, la optimización logística y la inteligencia artificial.

Mikhail Lukin, profesor de física en Harvard y cofundador de la empresa de computación cuántica QuEra, lo expresó de manera clara: “Lo que ha ocurrido en el último año demuestra que ya no es ciencia ficción. La pregunta ahora no es si lo lograremos, sino cuándo”.

La computación cuántica sigue siendo una tecnología experimental, pero los avances recientes sugieren que estamos acercándonos a una etapa de madurez. Sin embargo, no solo Google está liderando esta revolución. Gigantes tecnológicos como IBM, Microsoft e Intel también están desarrollando sus propias tecnologías cuánticas, mientras que países como China y Estados Unidos compiten por la supremacía en este campo.

El gobierno chino, por ejemplo, destinó más de 15 mil millones de dólares a la investigación cuántica, una cifra que refleja la importancia estratégica de esta tecnología. En contraste, Estados Unidos optó por una estrategia basada en la innovación liderada por el sector privado, donde empresas como Google y startups especializadas juegan un papel clave.

El impacto potencial en la sociedad

Aunque todavía queda mucho camino por recorrer, el impacto potencial de la computación cuántica es difícil de exagerar. Desde la creación de nuevos materiales hasta la optimización de redes de transporte, estas máquinas podrían resolver problemas que hoy son intratables para las computadoras clásicas.

Por ejemplo, la computación cuántica podría acelerar enormemente el descubrimiento de fármacos al simular interacciones moleculares complejas que las máquinas actuales no pueden modelar. También podría revolucionar la inteligencia artificial al procesar cantidades masivas de datos en tiempo récord, abriendo nuevas posibilidades para aplicaciones desde la robótica hasta la predicción del clima.

No obstante, los avances también plantean desafíos, especialmente en el ámbito de la seguridad. La capacidad de romper la encriptación moderna, utilizada para proteger sistemas financieros y gubernamentales, es una preocupación creciente que subraya la necesidad de desarrollar nuevas formas de seguridad cuántica.

Willow no solo representa un avance técnico, sino también un cambio de paradigma en cómo imaginamos el futuro de la tecnología. Su capacidad para realizar cálculos impensables para las máquinas actuales destaca el potencial transformador de la computación cuántica.

“Lo que realmente queremos que hagan estas máquinas es ejecutar aplicaciones que realmente interesen a la gente”, dijo John Preskill, físico teórico del Instituto Tecnológico de California especializado en computación cuántica. “Aunque puede que aún falten décadas, acabaremos viendo el impacto de la computación cuántica en nuestra vida cotidiana”, agregó.

Aunque pueden faltar décadas para que la computación cuántica se integre plenamente en la vida cotidiana, los avances en esta rama demuestran que este futuro es posible.

La computación cuántica está dejando de ser una curiosidad científica para convertirse en una herramienta esencial en el desarrollo tecnológico del siglo XXI.