En resumen
- Google Quantum AI dijo el jueves que una técnica llamada cultivo de estados mágicos redujo los errores unas 40 veces en su chip Willow, produciendo estados mágicos con una fidelidad del 99,99%.
- Los estados mágicos son recursos de un solo uso necesarios para ejecutar programas cuánticos útiles, y Google afirma que algunas estimaciones sitúan el coste de producirlos en hasta el 95% de la capacidad de un ordenador cuántico.
- El cultivo es uno de los trucos detrás de la estimación de Google de 2025 de que el cifrado RSA-2048 podría caer por debajo del millón de qubits ruidosos, aunque romper el código requeriría estados mágicos con errores cercanos a uno en 10 mil millones.
Google dice que ha convertido uno de los trucos teóricos más prometedores de la computación cuántica en algo que realmente funciona en un chip.
En un artículo publicado en Science el jueves, el equipo de Quantum AI de la compañía demostró que una técnica llamada cultivo de estados mágicos redujo los errores unas 40 veces en su procesador Willow.
Hacer que los ordenadores cuánticos sean más baratos de construir importa mucho más allá de los laboratorios de física, porque adelanta el día en que hagan trabajo útil, como diseñar fármacos y nuevos materiales, y también el día en que uno pueda romper el cifrado que protege los inicios de sesión bancarios y los monederos de Bitcoin.
Las computadoras cuánticas funcionan con cúbits: bits cuánticos que pueden contener una combinación de 0 y 1 a la vez, lo que les permite explorar muchas respuestas en paralelo. También son absurdamente frágiles: un poco de calor o ruido eléctrico puede voltear un cúbit y arruinar un cálculo, por lo que toda la industria está obsesionada con la corrección de errores (distribuir una pieza de información entre muchos cúbits para que los errores puedan detectarse y corregirse).
La corrección de errores maneja bien las operaciones simples, pero un programa genuinamente útil también necesita una clase de operaciones más difíciles que no pueden protegerse de la misma manera. Para ejecutarlas, la máquina primero tiene que fabricar estados mágicos, que funcionan como celdas de combustible de un solo uso para esas operaciones: cada una se consume en el momento en que se usa.
Producir estados mágicos limpios siempre ha sido brutalmente costoso. Algunas estimaciones sitúan el costo en hasta el 95% de toda la capacidad de una computadora cuántica, según Google, dejando muy poco espacio para la computación real.
Los físicos Sergei Bravyi y Alexei Kitaev establecieron la solución estándar en 2004 con la destilación de estados mágicos, que toma muchos estados mágicos ruidosos y los reduce a unos pocos limpios. Funciona, pero exige enormes "fábricas" de cúbits que no hacen nada más.
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En 2024, los investigadores de Google propusieron una ruta más económica que denominaron cultivo de estados mágicos. En lugar de una fábrica, esta técnica funciona como un filtro, inyectando un estado mágico tosco en una pequeña porción del chip para luego ejecutar una cadena de comprobaciones sobre él, descartar cada intento con un defecto detectado y seguir haciendo crecer los supervivientes. Su artículo llegó a sugerir que una destilación adicional "puede que nunca sea necesaria en la práctica".
"En el procesador Willow de Google Quantum AI, nuestro protocolo logró una extraordinaria reducción de errores de 40 veces en relación con los estados no cultivados. Y obtuvimos estados T con una fidelidad lógica récord del 99,99%", dijo Google.
Solo alrededor del 8% de los intentos pasaron todas las verificaciones, lo que significa que el chip descarta más de nueve de cada 10 intentos para mantener un estado limpio.
El cultivo es uno de los trucos detrás de la estimación de Gidney de 2025 de que el cifrado RSA-2048 podría romperse con menos de un millón de qubits ruidosos, una reducción de 20 veces respecto a los 20 millones que estimó en 2019. Hasta este experimento, el cultivo solo se había probado en teoría y en simulaciones por computadora.
Google siguió apretando las tuercas en marzo, cuando un documento técnico de Quantum AI coescrito con el investigador de la Fundación Ethereum Justin Drake y el criptógrafo de Stanford Dan Boneh situó el costo de romper la criptografía de curva elíptica de Bitcoin (las matemáticas que impiden que cualquiera derive tu clave privada a partir de tu dirección pública) en menos de 500.000 qubits físicos. Eso sigue al experimento Quantum Echoes de la compañía el pasado octubre, la primera aceleración cuántica verificada en hardware real.
Nadie está vaciando carteras con esto. El experimento utilizó como máximo 54 de los 105 qubits de Willow, y el artículo señala que factorizar una clave RSA-2048 requeriría estados mágicos con errores de alrededor de uno en 10.000 millones, aproximadamente un millón de veces más limpios que lo que Google acaba de lograr.
Google dice que el siguiente paso es ejecutar el cultivo a mayor escala. El equipo proyecta que reducir a la mitad el ruido del hardware subyacente de Willow haría bajar los errores de los estados mágicos a alrededor de dos en 100.000, porque los errores en el proceso se reducen con el cubo del nivel de ruido del chip.
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