Amazon Web Services (AWS) anunció Ocelot, un nuevo chip de computación cuántica que puede reducir los costos de implementación de la corrección de errores cuánticos hasta en un 90%, en comparación con los enfoques actuales. Desarrollado por el equipo del Centro de Computación Cuántica de AWS en el Instituto de Tecnología de California, Ocelot representa un gran avance en la búsqueda de construir computadoras cuánticas tolerantes a fallas capaces de resolver problemas de importancia comercial y científica que están más allá del alcance de las computadoras convencionales actuales.
AWS utilizó un diseño novedoso para la arquitectura de Ocelot, incorporando la corrección de errores desde cero y utilizando el «cúbit de gato». Los qubits gato, llamados así por el famoso experimento mental del gato de Schrödinger, suprimen intrínsecamente ciertas formas de errores, reduciendo los recursos necesarios para la corrección de errores cuánticos. A través de este nuevo enfoque con Ocelot, los investigadores de AWS han combinado, por primera vez, la tecnología de qubits de gato y componentes adicionales de corrección de errores cuánticos en un microchip que se puede fabricar de manera escalable utilizando procesos tomados de la industria de la microelectrónica.
La historia demuestra que se han logrado avances importantes en la informática al replantear fundamentalmente los componentes de hardware, ya que esto puede tener un impacto significativo en el costo, el rendimiento e incluso la viabilidad de una nueva tecnología. La revolución informática realmente despegó cuando el transistor reemplazó al tubo de vacío, lo que permitió que las computadoras del tamaño de una habitación se redujeran a las computadoras portátiles compactas y mucho más potentes, confiables y de menor costo de hoy. Elegir el bloque de construcción adecuado para escalar es fundamental, y el anuncio de hoy representa un paso importante en el desarrollo de medios eficientes para escalar a computadoras cuánticas prácticas y tolerantes a fallos.
«Con los recientes avances en la investigación cuántica, ya no se trata de si, sino de cuándo, las computadoras cuánticas tolerantes a fallas estarán disponibles para aplicaciones en el mundo real. Ocelot es un paso importante en ese viaje», dijo Oskar Painter, director de Hardware Cuántico de AWS. «En el futuro, los chips cuánticos construidos de acuerdo con la arquitectura Ocelot podrían costar tan solo una quinta parte de los enfoques actuales, debido a la drástica reducción del número de recursos necesarios para la corrección de errores. Concretamente, creemos que esto acelerará nuestro cronograma hacia una computadora cuántica práctica hasta en cinco años».
Los investigadores de AWS han publicado sus hallazgos en un artículo de investigación revisado por pares en Nature.
El gran reto de la computación cuántica
Uno de los mayores desafíos de las computadoras cuánticas es que son increíblemente sensibles a los cambios más pequeños, o al «ruido» de su entorno. Las vibraciones, el calor, la interferencia electromagnética de los teléfonos celulares y las redes Wi-Fi, o incluso los rayos cósmicos y la radiación del espacio exterior, pueden sacar los qubits de su estado cuántico, causando errores en el cálculo cuántico que se está realizando. Históricamente, esto ha hecho que sea extremadamente difícil construir computadoras cuánticas que puedan realizar cálculos confiables y sin errores de cualquier complejidad significativa. «El mayor desafío no es solo construir más qubits», dijo Painter. «Está haciendo que funcionen de manera confiable».
Para resolver este problema, las computadoras cuánticas se basan en la corrección de errores cuánticos que utiliza codificaciones especiales de información cuántica a través de múltiples qubits, en forma de qubits «lógicos», para proteger la información cuántica del entorno. Esto también permite la detección y corrección de errores a medida que se producen. Desafortunadamente, dada la gran cantidad de qubits necesarios para obtener resultados precisos, los enfoques actuales para la corrección de errores cuánticos han tenido un costo enorme y, por lo tanto, prohibitivo.
Un nuevo enfoque para la corrección de errores cuánticos
Para abordar los problemas actuales asociados con la corrección de errores cuánticos, los investigadores de AWS desarrollaron Ocelot. Ocelot fue diseñado desde cero con corrección de errores «incorporada». «Observamos cómo otros estaban abordando la corrección de errores cuánticos y decidimos tomar un camino diferente», dijo Painter. «No tomamos una arquitectura existente y luego tratamos de incorporar la corrección de errores. Seleccionamos nuestro qubit y arquitectura con corrección de errores cuánticos como el principal requisito. Creemos que si vamos a hacer computadoras cuánticas prácticas, la corrección de errores cuánticos debe ser lo primero». De hecho, según Painter, su equipo estima que escalar Ocelot a una «computadora cuántica completa capaz de tener un impacto social transformador requeriría tan solo una décima parte de los recursos asociados con los enfoques estándar de corrección de errores cuánticos».
Una forma de pensar en la corrección cuántica es en el contexto del control de calidad en la fabricación, y la diferencia entre necesitar un punto de inspección para detectar todos los defectos, en lugar de 10 puntos de inspección. Es decir, ofrece el mismo resultado, pero con menos recursos y un proceso de fabricación mejorado en general. Al reducir la cantidad de recursos necesarios a través de enfoques como Ocelot, las computadoras cuánticas se pueden construir más pequeñas, más confiables y a un costo menor. Todo esto acelera el camino para aplicar la computación cuántica a futuras aplicaciones en el mundo real, como el descubrimiento y desarrollo de fármacos más rápido, la producción de nuevos materiales, la capacidad de hacer predicciones más precisas sobre el riesgo y las estrategias de inversión en los mercados financieros, y muchas más.
Hacer de la ciencia ficción un hecho
Si bien el anuncio de hoy es un comienzo prometedor, Ocelot sigue siendo un prototipo y AWS se compromete a seguir invirtiendo en investigación cuántica y perfeccionando su enfoque. De la misma manera que se necesitaron muchos años de desarrollo y aprendizajes para ejecutar sistemas x86 (una arquitectura informática ampliamente utilizada para unidades centrales de procesamiento) de manera confiable y segura a escala para convertir a Graviton en uno de los chips líderes en la nube, AWS está adoptando un enfoque similar para la computación cuántica. «Apenas estamos comenzando, y creemos que tenemos varias etapas más de escalamiento por las que pasar», dijo Painter. «Es un problema muy difícil de abordar, y tendremos que seguir invirtiendo en investigación básica, al tiempo que nos mantenemos conectados con el importante trabajo que se está realizando en el mundo académico y aprendemos de él. En este momento, nuestra tarea es seguir innovando en toda la pila de computación cuántica, seguir examinando si estamos utilizando la arquitectura correcta e incorporar estos aprendizajes en nuestros esfuerzos de ingeniería. Es un volante de mejora continua y escalamiento».
Cómo empezar con la computación cuántica
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