Google ha descubierto nuevos usos reales para los ordenadores cuánticos en química: algo de no creer

Un reciente logro de Google pone sobre la mesa un cambio profundo en la computación cuántica: por primera vez, se han encontrado aplicaciones reales que aprovechan la capacidad de los ordenadores cuánticos para resolver problemas imposibles para cualquier tecnología convencional conocida.

La clave de este avance reside en el desarrollo de un nuevo algoritmo denominado Quantum Echoes (Ecos Cuánticos), ejecutado en el chip Willow. Este chip fue presentado por Google a finales de 2023 y resultó ser un punto clave para la computación cuántica.

Hasta la llegada de Willow, ninguna plataforma había conseguido implementar a gran escala la corrección de errores cuánticos, algo considerado indispensable para que las computadoras cuánticas sean útiles en la práctica. Con Willow, al añadir más qubits se consiguió aumentar los errores y reducirlos de forma significativa, abriendo posibilidades impensadas.

Uno de los hitos del chip Willow fue superar en velocidad y rendimiento a los superordenadores más potentes del mundo. Según Google, logró resolver en cuestión de minutos cálculos que el superordenador Frontier –el más capaz del mundo en la actualidad– habría necesitado más de 10.000 trillones de años, una cifra inimaginable que ilustra la brecha entre estos dos tipos de computación.

Qué es Quantum Echoes y por qué cambia todo

Quantum Echoes es un algoritmo que ha permitido demostrar la llamada ventaja cuántica verificable por primera vez en la historia de la computación: no solo es inmensamente más rápido que cualquier algoritmo tradicional, sino que además sus resultados pueden comprobarse en cualquier otra máquina cuántica de nivel similar.

La idea de ventaja cuántica se refiere a la capacidad de resolver problemas específicos mucho más rápido que la competencia convencional. En este caso, según Google, Quantum Echoes se ejecuta hasta 13.000 veces más rápido que el mejor algoritmo clásico en los superordenadores de vanguardia.

La metodología detrás de Quantum Echoes recuerda un experimento de laboratorio sofisticado. Los ingenieros envían una señal cuántica al sistema, alteran un qubit, y luego revierten cuidadosamente la evolución de la señal, de modo que pueden captar el “eco” cuántico resultante.

Este eco se ve potenciado por un fenómeno conocido como interferencia constructiva, que permite observar y medir de forma extremadamente sensible comportamientos y estructuras en la naturaleza, desde moléculas hasta sistemas más complejos.

Uno de los aspectos más impresionantes de este avance es la posibilidad de verificación. Los qubits, por naturaleza, tienden a mostrar resultados inestables si el sistema presenta errores o perturbaciones mínimas.

Google ha demostrado que los resultados de Quantum Echoes no son solo rápidos, sino reproducibles: la misma máquina cuántica, o cualquier otra de calidad equivalente, puede repetir el cálculo y obtener el mismo resultado. Esta característica de verificabilidad representa un estándar esencial para aplicaciones futuras.

Para asegurarse de la fiabilidad, el equipo de Google sometió estos sistemas a pruebas exhaustivas comparando el rendimiento de Willow con superordenadores convencionales durante el equivalente a diez años de trabajo conjunto en tareas de validación.

Qué aplicaciones reales tendría esta tecnología

Las posibilidades abiertas por Quantum Echoes ya están en marcha en las primeras pruebas de concepto. Una de las aplicaciones más tangibles es el estudio detallado de la estructura molecular a través de Resonancia Magnética Nuclear (RMN), una técnica fundamental en química, biomedicina y ciencia de materiales.

Los experimentos realizados por Google, según publicaron en la revista Nature, han permitido medir con precisión interacciones atómicas en moléculas de 15 y 28 átomos, superando lo que se puede obtener con métodos clásicos de RMN.

Esta capacidad para observar y modelar moléculas con tanta exactitud allana el camino para descubrimientos farmacológicos, diseño de nuevos materiales e incluso avances en física de materiales, pasando de la teoría a estudios prácticos y rápidos.

Del mismo modo que el microscopio abrió nuevas fronteras en la ciencia, la computación cuántica podría considerarse el origen de un “cuantosopio”, una herramienta capaz de explorar fenómenos antes inalcanzables por otras vías.