Los defensores de los ordenadores cuánticos afirman que estas máquinas podrán beneficiar los descubrimientos científicos en campos que van desde la física de partículas hasta el diseño de fármacos y materiales, si sus constructores consiguen que el hardware se comporte como es debido.
Uno de los principales problemas ha sido que los ordenadores cuánticos pueden almacenar o manipular la información de forma incorrecta, lo que les impide ejecutar algoritmos lo suficientemente largos como para ser útiles. La nueva investigación de Google Quantum AI y sus colaboradores académicos demuestra que pueden añadir componentes para reducir estos errores. Antes, debido a las limitaciones de la ingeniería, añadir más componentes al ordenador cuántico tendía a introducir más errores. En definitiva, el trabajo refuerza la idea de que la corrección de errores es una estrategia viable para construir un ordenador cuántico útil. Algunos críticos habían dudado de que fuera un método eficaz, según el físico Kenneth Brown, de la Universidad de Duke, que no participó en la investigación.
“Esto de la corrección de errores funciona de verdad y creo que lo único que puede hacer es mejorar”, escribió Michael Newman, miembro del equipo de Google, en X. (Google, que publicó la investigación en el servidor de preimpresiones arXiv en agosto, declinó hacer comentarios para este reportaje).
Los ordenadores cuánticos codifican datos utilizando objetos que se comportan según los principios de la mecánica cuántica. En concreto, almacenan la información no sólo como 1sy 0s, como un ordenador convencional, sino también en “superposiciones” de 1 y 0. Almacenar la información en forma de estas superposiciones y manipular su valor utilizando interacciones cuánticas como el entrelazamiento (una forma de que las partículas estén conectadas incluso a grandes distancias) permite crear tipos de algoritmos completamente nuevos.
En la práctica, sin embargo, los desarrolladores de ordenadores cuánticos han descubierto que los errores se cuelan rápidamente porque los componentes son muy sensibles. Un ordenador cuántico representa 1, 0 o una superposición poniendo uno de sus componentes en un estado físico concreto, y es demasiado fácil alterar accidentalmente esos estados. Un componente acaba entonces en un estado físico que no se corresponde con la información que se supone que representa. Estos errores se acumulan con el tiempo, lo que significa que el ordenador cuántico no puede ofrecer respuestas precisas para algoritmos largos sin corrección de errores.
Para realizar la corrección de errores, los investigadores deben codificar la información en el ordenador cuántico de una forma distinta. Los ordenadores cuánticos están formados por componentes individuales conocidos como qubits físicos, que pueden estar hechos de distintos materiales, como átomos o iones individuales. En el caso de Google, cada qubit físico consiste en un diminuto circuito superconductor que debe mantenerse a una temperatura extremadamente fría.
Los primeros experimentos con ordenadores cuánticos almacenaban cada unidad de información en un único qubit físico. Ahora los investigadores, incluido el equipo de Google, han empezado a experimentar con la codificación de cada unidad de información en múltiples qubits físicos. Se refieren a esta constelación de qubits físicos como un único qubit “lógico”, que puede representar 1, 0 o una superposición de ambos. Por su diseño, el qubit “lógico” puede retener una unidad de información con más solidez que un qubit “físico”. El equipo de Google corrige los errores del qubit lógico mediante un algoritmo conocido como “código de superficie”, que utiliza los qubits físicos constituyentes del qubit lógico.
En el nuevo trabajo, Google creó un único qubit lógico a partir de un número variable de qubits físicos. Los investigadores demostraron que un qubit lógico compuesto por 105 qubits físicos suprimía los errores con más eficacia que un qubit lógico compuesto por 72 qubits. Esto sugiere que la combinación de un número creciente de qubits físicos en un qubit lógico “puede suprimir realmente los errores”, según afirma Brown. Esto traza un camino potencial hacia la construcción de un ordenador cuántico con una tasa de error lo suficientemente baja como para realizar un algoritmo útil, aunque los investigadores aún tienen que demostrar que pueden juntar múltiples qubits lógicos y ampliarlos a una máquina mayor.
Los investigadores también informan de que la vida útil del qubit lógico supera en 2,4 veces la de su mejor qubit físico constituyente. Dicho de otro modo, el trabajo de Google demuestra esencialmente que puede almacenar datos en una “memoria” cuántica fiable.
Sin embargo, esta demostración es sólo un primer paso hacia un ordenador cuántico con corrección de errores, afirma Jay Gambetta, vicepresidente de la iniciativa cuántica de IBM. Señala que, aunque Google ha demostrado una memoria cuántica más robusta, no ha realizado ninguna operación lógica con la información almacenada en esa memoria.
“A fin de cuentas, lo que importa es qué tamaño podría tener un circuito cuántico y si tienes un camino que muestre cómo vas a ejecutar circuitos cuánticos cada vez mayores”, explica Gambetta. (Un “circuito cuántico” es una serie lógica de operaciones ejecutadas en un ordenador cuántico).
IBM, cuyos ordenadores cuánticos también se componen de qubits hechos de circuitos superconductores, está adoptando un enfoque de corrección de errores diferente del método de código de superficie de Google. Cree que este método, conocido como código de comprobación de paridad de baja densidad, será más fácil de escalar, ya que cada qubit lógico requerirá menos qubits físicos para lograr tasas de supresión de errores comparables. Para 2026, IBM pretende demostrar que puede fabricar 12 qubits lógicos a partir de 244 qubits físicos, afirma Gambetta.
Otros investigadores están explorando también otros enfoques prometedores. En lugar de circuitos superconductores, un equipo afiliado a la empresa de informática cuántica QuEra, con sede en Boston, utiliza átomos neutros como qubits físicos. A principios de este año publicó en Nature un estudio en el que demostraba haber ejecutado algoritmos utilizando hasta 48 qubits lógicos formados por átomos de rubidio.
Gambetta advierte a los investigadores que sean pacientes y no exageren los avances. “No quiero que se piense que la corrección de errores está acabada. El desarrollo de hardware simplemente lleva mucho tiempo porque el ciclo de diseño, construcción y resolución de problemas requiere mucho tiempo, sobre todo si se compara con el desarrollo de software. “No creo que sea algo exclusivo de la [computación] cuántica”, mantiene.
Para ejecutar algoritmos con una utilidad práctica garantizada, un ordenador cuántico necesita realizar alrededor de mil millones de operaciones lógicas, dice Brown. “Y nadie se acerca aún a los mil millones de operaciones”, afirma. Otro hito sería crear un ordenador cuántico con 100 qubits lógicos, que QuEra se ha fijado como objetivo para 2026. Un ordenador cuántico de ese tamaño sería capaz de realizar simulaciones fuera del alcance de los ordenadores clásicos. Los científicos de Google han fabricado un único qubit lógico de alta calidad, pero el siguiente paso es demostrar que realmente pueden hacer algo con él.