Si alguna vez has intentado buscar un barco hundido, sabes que la tecnología de sonar puede ofrecerte una forma borrosa, sugiriendo que «hay un naufragio ahí abajo». Pero ¿qué pasaría si, de repente, esa misma tecnología te permitiera no solo encontrar el barco, sino incluso leer la placa con el nombre grabado en su casco?.
Ese nivel de precisión es el que se ha alcanzado recientemente en el campo de la computación cuántica, marcando un paso crucial hacia las primeras aplicaciones prácticas en el mundo real. Hablamos de un avance algorítmico ejecutado en el chip cuántico Willow, que ha logrado la primera demostración de una ventaja cuántica que, además, es verificable. Este algoritmo se llama correlacionador temporal desordenado (OTOC), al que sus desarrolladores han bautizado como «Quantum Echoes».
Para entender la magnitud de este hito, conviene situarlo en contexto. Este logro no es algo aislado; se construye sobre décadas de trabajo. Ya en 2019, se demostró que un ordenador cuántico podía resolver un problema que le habría llevado miles de años al superordenador clásico más rápido disponible. Más recientemente, a finales de 2024, el chip cuántico Willow ya había demostrado su capacidad para reducir drásticamente los errores, resolviendo un desafío que había frustrado a los científicos durante casi 30 años.
La Velocidad y la Verificación
El algoritmo Quantum Echoes es de gran utilidad porque permite aprender la estructura de sistemas que encontramos en la naturaleza, abarcando desde las moléculas más pequeñas hasta imanes o incluso agujeros negros. La prueba de su eficacia es impresionante: se ha demostrado que Quantum Echoes se ejecuta en el chip Willow 13.000 veces más rápido que el mejor algoritmo clásico, incluso cuando este se ejecuta en uno de los superordenadores más rápidos del mundo.
Pero la clave de este avance está en la palabra «verificable». Es la primera vez en la historia que un ordenador cuántico ejecuta con éxito un algoritmo que no solo supera a los superordenadores clásicos, sino que su resultado puede repetirse. La verificabilidad cuántica significa que si se ejecuta el cálculo en el mismo ordenador cuántico o en cualquier otro de calibre similar, la respuesta obtenida será la misma, confirmando así el resultado. Esta capacidad de repetición de cálculos que van más allá de lo clásico es la base de la verificación escalable, acercando los ordenadores cuánticos a ser herramientas de uso práctico.
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¿Cómo funciona la técnica del «Eco Cuántico»?
Si has escuchado hablar de qubits, sabes que son los bits cuánticos que almacenan la información en estos ordenadores. El nuevo algoritmo funciona como un eco muy sofisticado. Imagina que se envía una señal muy bien diseñada al sistema cuántico, es decir, a esos qubits que están en el chip Willow. A continuación, se invierte de forma muy precisa la evolución del sistema para poder «escuchar» el eco que regresa.
Lo que hace especial a este eco es cómo se amplifica: mediante un fenómeno conocido como interferencia constructiva. En términos sencillos, las ondas cuánticas se suman entre sí para hacerse más potentes y fuertes, lo que permite que la medición que se toma sea increíblemente sensible.
Para conseguir este nivel de precisión y complejidad en el cálculo, el hardware debe cumplir con dos requisitos esenciales: tasas de error extremadamente bajas y operaciones que se ejecuten a alta velocidad. Gracias a los avances en el chip Willow, esto ha sido posible.
De la teoría a la estructura molecular
Los ordenadores cuánticos están destinados a ser cruciales para la modelización de fenómenos de la mecánica cuántica. Esto incluye, por ejemplo, comprender cómo interactúan los átomos y las partículas, y descifrar la estructura o la forma que tienen las moléculas.
Una de las herramientas fundamentales que utilizan los científicos para descifrar la estructura química es la resonancia magnética nuclear (RMN). Esta es, de hecho, la misma ciencia que sustenta la tecnología de las resonancias magnéticas que conocemos. La RMN actúa como una especie de microscopio molecular sumamente potente, que permite ver dónde se posicionan los átomos entre sí, lo que a su vez ayuda a comprender la forma de la molécula. Entender la forma y la dinámica de las moléculas es vital para la química, la biología y la ciencia de los materiales, y cualquier avance en esta modelización impulsa el progreso en campos tan variados como la biotecnología, la energía solar o la fusión nuclear.
En un experimento de prueba de concepto, se ejecutó Quantum Echoes en el chip Willow para estudiar la estructura de dos moléculas: una compuesta por 15 átomos y otra por 28. Los resultados obtenidos por el ordenador cuántico no solo coincidieron con los arrojados por la RMN tradicional, sino que también revelaron información que normalmente es imposible de obtener con esa técnica.
Este experimento ha sido descrito como un paso hacia la creación de un «cuantoscopio», una herramienta capaz de medir fenómenos naturales que antes no podías observar. La RMN, potenciada por la computación cuántica, podría transformarse en una herramienta poderosa para el descubrimiento de fármacos, facilitando la determinación de cómo se unen los potenciales medicamentos a sus objetivos biológicos. Además, en la ciencia de los materiales, podría caracterizar la estructura de nuevos compuestos, como los polímeros, los componentes de baterías o incluso los materiales que forman los propios qubits.
El camino por delante
Esta demostración, que constituye la primera ventaja cuántica verificable gracias al algoritmo Quantum Echoes, es un paso significativo que nos aproxima a las primeras aplicaciones reales de esta tecnología. El objetivo a largo plazo sigue siendo avanzar hacia un ordenador cuántico a gran escala y que cuente con corrección de errores. En ese camino, se espera la invención de muchas más aplicaciones útiles. El foco ahora está puesto en alcanzar el siguiente hito clave en la hoja de ruta del hardware cuántico: conseguir un cúbito lógico que sea capaz de tener una larga duración.
