Google asegura haber alcanzado la “ventaja cuántica práctica”: resuelve en dos horas problemas que a un superordenador le costaría 3,2 años

Con infinita más cautela que en 2019, cuando Google presumió en Nature de supremacía cuántica, la multinacional anuncia este miércoles haber alcanzado la “ventaja cuántica práctica”, la resolución en poco más de dos horas de problemas que al segundo superordenador más potente del mundo, el Frontier, le llevarían 3,2 años. Según detallan hoy, también en Nature, han desarrollado una fórmula (un algoritmo denominado Quantum Echoes) que, mediante la aplicación de “protocolos repetidos de inversión de tiempo”, permite “resolver con precisión en regímenes que son, en la actualidad, intratables con las supercomputadoras clásicas”. Paralelamente, ha publicado una investigación, aún sin supervisión ajena, sobre la medición de dos moléculas (“regla molecular”) y que supone la primera aplicación práctica experimental de este algoritmo.

Los cálculos ejecutados gracias al Quantum Echoes, según Google, le habría costado al Frontier 13.000 veces más tiempo. “Indica que este experimento se encuentra, en la actualidad, en el régimen más allá del clásico de la computación cuántica”, explican los investigadores de la multinacional, que detallan tres singularidades que avalan su reivindicación: se puede medir (es “verificable”), “está más allá del alcance de la simulación clásica” y aporta información precisa de sistemas complejos.

Pero no solo reclaman haber alcanzado la ventaja cuántica, sino que, además, le añaden el apelativo de “práctica”. “El esquema [el algoritmo] es fácilmente aplicable a sistemas físicos reales”, aseguran. En la investigación complementaria aportan mediciones moleculares mediante el Quantum Echoes que arrojan resultados experimentales comparables a los de una resonancia magnética nuclear (RMN o NMR por sus siglas en inglés). Esta es una técnica que utiliza un fuerte campo magnético y ondas de radio para determinar la estructura, composición y pureza de una molécula observando cómo interactúan sus núcleos atómicos. Los investigadores admiten que se trata de una prueba de concepto, pero que abre la puerta a desarrollos útiles en los próximos cinco años. “Dejamos esta emocionante aplicación del mundo real para trabajos futuros”, concluyen en Nature.

Puede tener muchas aplicaciones tecnológicas y ser un paso importante hacia la ventaja cuántica en procesos útiles

Alberto Casas, profesor de Investigación en el Instituto de Física Teórica (CSIC-UAM)

El doctor y profesor de Investigación del CSIC en el Instituto de Física Teórica (CSIC-UAM) Alberto Casas, ajeno al desarrollo de Google, destaca cómo el algoritmo, según la investigación de Nature, “trata el problema de cómo se dispersa la información y cómo se puede recuperar”. Y explica: “En un sistema cuántico típico, en cuanto evoluciona, la información se degrada rápidamente entre los muchos grados de libertad y es prácticamente imposible recuperarla. El protocolo cuántico de inversión parcial [de Google] permite recuperar ciertas correlaciones y parte de la información que había en el estado inicial”.

“Según la investigación”, añade Casas, “lo hacen con éxito y hacer ese mismo proceso de recuperación con un simulador clásico sería muy costoso”. No obstante, sin la revisión de la investigación sobre la aplicación práctica aún, Casas matiza que el trabajo de Nature refleja una experimentación dentro del propio sistema del ordenador cuántico y no en un sistema físico externo. “Puede ser un paso importante para recuperar información en un sistema cuántico, tener muchas aplicaciones tecnológicas y ser un paso importante hacia la ventaja cuántica en procesos útiles”, resume.

Harmut Neven, vicepresidente de Ingeniería de Google y fundador y gerente del laboratorio de Inteligencia Artificial Cuántica de la multinacional, no duda de que es un paso prometedor: “Esperamos que las computadoras cuánticas sean particularmente útiles para la investigación científica, ya que muchos impedimentos en el descubrimiento de fármacos o en la ciencia de materiales son realmente problemas a nivel molecular que involucran partículas y este es realmente el dominio nativo de la computación cuántica y donde supera a la clásica, que puede hacer aproximaciones, pero no calcular exactamente, con precisión, lo que sucede a nivel molecular. La computación cuántica habla el lenguaje de la naturaleza y lucha contra esa complejidad”.

La computación cuántica habla el lenguaje de la naturaleza y lucha contra esa complejidad

Harmut Neven, vicepresidente de Ingeniería de Google y fundador y gerente del laboratorio de Inteligencia Artificial Cuántica

El reciente premio Nobel de física Michel Devoret, científico jefe de Google Quantum, resalta del nuevo algoritmo que sus resultados son verificables. “Si otra computadora cuántica hiciera el mismo cálculo, el resultado sería el mismo”. Devoret también avala la reclamación de ventaja cuántica.

Thomas O’Brien, científico investigador de Google Quantum AI, destaca la singularidad del protocolo de inversión y respalda la afirmación de Devoret: “La clave de la verificabilidad es un gran paso en el camino hacia una aplicación en el mundo real”.

Para demostrarlo, el equipo de Google ha llevado a cabo lo que califican de la “primera aplicación práctica” del Quantum Echoes: una regla molecular que puede medir distancias más allá de las limitaciones que presentan las técnicas actuales. “Podemos hacer predicciones sobre sistemas del mundo real”, resalta Neven.

El físico de Google destaca que no solo se trata ya de avances en los equipos cuánticos, sino también en programación para alcanzar esa deseada ventaja cuántica. “Con este algoritmo [que es de código abierto], tenemos la primera herramienta a mano que nos acerca a aplicaciones del mundo real”, insiste.

Experimento

La investigación no revisada, en la que han participado más de un centenar de científicos de 16 instituciones, pretende demostrar que “los experimentos inspirados en la información cuántica en espectroscopía de resonancia magnética nuclear pueden abrir un camino hacia la determinación de la estructura molecular y propiedades que, de otra manera, son difíciles de conocer”.

En el trabajo se ha usado la computación cuántica para “demostrar la utilidad” de esta en la medición de moléculas de tolueno y dimetilbifenilo. Se ha logrado, según reclaman los investigadores, “una precisión y exactitud similar a las mediciones espectroscópicas independientes”.

Para conseguirlo se ha utilizado el procesador cuántico Willow y circuitos AlphaEvolve. “Nuestro trabajo muestra un protocolo computacional para interpretar ecos de muchos cuerpos implementados en RMN, facilitado por la computación cuántica de bajo recurso”, concluyen.