En 2019, Google anunció que su máquina de 53 qubits había alcanzado la supremacía cuántica, realizando una tarea que no podía ser manejada por una computadora convencional, pero IBM desafió la afirmación. El mismo año, IBM lanzó su computadora cuántica de 53 bits. En 2020, IonQ dio a co nocer un sistema de 32 qubit que, según la compañía, era la “computadora cuántica más poderosa del mundo”. Y esta semana, IBM lanzó su nuevo procesador cuántico de 127 qubit, que el comunicado de prensa describió como un “pequeño milagro de diseño”. “La gran noticia, desde mi perspectiva, es que funciona”, dice Jay Gambetta, vicepresidente de computación cuántica de IBM.
Ahora QuEra afirma haber fabricado un dispositivo con muchos más qubits que cualquiera de esos rivales.
El objetivo final de la computación cuántica, por supuesto, no es jugar al Tetris, sino superar a las computadoras clásicas en la resolución de problemas de interés práctico. Los entusiastas reconocen que cuando estas computadoras se vuelvan lo suficientemente potentes, tal vez en una década o dos, podrían traer efectos transformadores en campos como la medicina y las finanzas, la neurociencia y la inteligencia artificial. Es probable que las máquinas cuánticas necesiten miles de qubits para gestionar problemas tan complejos.
Sin embargo, el número de qubits no es el único factor que importa.
QuEra también está promocionando la capacidad de programación mejorada de su dispositivo, en el que cada qubit es un único átomo ultrafrío. Estos átomos están dispuestos con precisión con una serie de láseres (los físicos los llaman pinzas ópticas). El posicionamiento de los qubits permite programar la máquina, ajustarla al problema que se está investigando e incluso reconfigurarla en tiempo real durante el proceso de cálculo.
“Diferentes problemas requerirán que los átomos se coloquen en diferentes configuraciones”, dice Alex Keesling, CEO de QuEra y co-inventor de la tecnología. “Una de las cosas únicas de nuestra máquina es que cada vez que la ejecutamos, unas cuantas veces por segundo, podemos redefinir por completo la geometría y la conectividad de los qubits”.
La ventaja del átomo
La máquina de QuEra se construyó a partir de un plan y tecnologías refinadas durante varios años, lideradas por Mikhail Lukin y Markus Greiner en Harvard y Vladan Vuletić y Dirk Englund en . (todos están en el equipo fundador de QuEra). En 2017, un modelo anterior del dispositivo del grupo de Harvard utilizó solo 51 qubits; en 2020, demostraron la máquina de 256 qubit. Dentro de dos años, el equipo de QuEra espera alcanzar los 1,000 qubits y luego, sin cambiar mucho la plataforma, esperan seguir ampliando el sistema más allá de cientos de miles de qubits.
AHMED OMRAN/QUERA
Es la plataforma única de QuEra, la forma física en que se ensambla el sistema y el método mediante el cual la información se codifica y procesa, lo que debería permitir tales saltos de escala.
Mientras que los sistemas de computación cuántica de Google e IBM usan qubits superconductores, e IonQ usa iones atrapados, la plataforma de QuEra usa arreglos de átomos neutros que producen qubits con una coherencia impresionante (es decir, un alto grado de “cuántica”). La máquina utiliza pulsos de láser para hacer que los átomos interactúen, excitándolos a un estado de energía, un “estado de Rydberg”, descrito en 1888 por el físico sueco Johannes Rydberg, en el que pueden hacer lógica cuántica de una manera robusta con alta fidelidad. Esta Enfoque de Rydberg para computación cuántica se ha trabajado en él durante un par de décadas, pero se necesitaban avances tecnológicos, por ejemplo, con láseres y fotónica, para que funcionara de manera confiable.
“Irracionalmente exuberante”
Cuando el informático Umesh Vazirani, director del Centro de Computación Cuántica de Berkeley, se enteró por primera vez de la investigación de Lukin en este sentido, se sintió “irracionalmente exuberante”, parecía un enfoque maravilloso, aunque Vazirani cuestionó si sus intuiciones estaban en contacto con la realidad. “Hemos tenido varias rutas bien desarrolladas, como superconductores y trampas de iones, en las que se ha trabajado durante mucho tiempo”, dice. “¿No deberíamos pensar en diferentes esquemas?” Se comunicó con John Preskill, físico del Instituto de Tecnología de California y director del Instituto de Información y Materia Cuántica, quien le aseguró a Vazirani que su exuberancia estaba justificada.
Preskill encuentra interesantes las plataformas Rydberg (no solo las de QuEra) porque producen qubits que interactúan fuertemente y están muy enredados, “y ahí es donde está la magia cuántica”, dice. “Estoy muy entusiasmado con el potencial en una escala de tiempo relativamente corta para descubrir cosas inesperadas”.
Además de simular y comprender materiales y dinámica cuántica, QuEra está trabajando en algoritmos cuánticos para resolver problemas de optimización computacional que son NP-completos (es decir, muy difíciles). “Estos son realmente los primeros ejemplos de ventajas cuánticas útiles que involucran aplicaciones científicas”, dice Lukin.