Hace un año, la compañía IBM mostraba al mundo un procesador cuántico de 127 qubits; ahora, la empresa multinacional norteamericana acaba de anunciar su chip Osprey de 433 qubits. Por si esto fuera poco, nos dice que para el año que entra pondrá en marcha un procesador llamado Condor, con mil 121 qubits. La corporación IBM anunció que para 2025 tendrá un circuito integrado con más de 4 mil qubits. Y es que las conversaciones alrededor de las computadoras cuánticas se centran en el número de qubits.
Un qubit es el equivalente cuántico de los bits clásicos que, como sabemos, pueden tomar el valor de 0 ó 1. En las computadoras actuales, cada bit contiene la información de un “Si” o un “No”, y con eso se construyen computadoras capaces de ejecutar una cantidad de operaciones que, en más alto nivel, resuelven multitud de problemas. Los bits se procesan con transistores en lo que conocemos como compuertas lógicas. Los circuitos integrados son capaces de contener muchas compuertas de todo tipo para que los bits que entran por un lado salgan por otro con los valores finales siguiendo una ruta en los circuitos eléctricos que son capaces de sumar, multiplicar y ejecutar algoritmos.
Hacer todo eso con qubits es el deseo de los físicos que trabajan con sistemas cuánticos. En este nuevo tipo de computadoras los qubits son la unidad básica. No son un voltaje con cierto valor para representar el “1” y su ausencia para representar el “0”, sino un sistema cuántico que puede tomar más valores que solo dos. Físicamente éstos pueden ser átomos o electrones cuyos estados posibles permiten contener información.
En septiembre de 2019, la compañía Google declaró haber alcanzado la “supremacía cuántica”. Con esa terminología altisonante y glamorosa se quiere decir que su propuesta de computadora cuántica logró ejecutar cálculos que con una computadora clásica sería imposible —o más tardado— de hacer. Google había colocado su declaración en el portal de la NASA, pero lo retiró muy pronto cuando consideró que una tal noticia merecía ser publicada en un lugar de mayor prestigio. El reporte apareció más tarde en la revista Nature con el título “Supremacía cuántica usando un procesador superconductor programable”. Ahí argumentaron que a su procesador le tomaba 200 segundos muestrear un paso en un circuito cuántico un millón de veces, mientras que a una supercomputadora clásica de última generación le tomaría 10 mil años hacerlo. Todo un logro. Google reclamaba haber alcanzado la supremacía cuántica. Por supuesto, los cuestionamientos fueron muchos y, entre otros, IBM argumentó que la supremacía cuántica se debe alcanzar con un dispositivo de propósito general y no con algo diseñado para una operación específica.
La operación del chip Sycamore de Google mostraba que un generador de números aleatorios específico en realidad mostraba un patrón, es decir que no eran perfectamente aleatorios. Esto es algo que una computadora convencional no puede hacer —no por lo menos en 10 mil años de funcionamiento—. Investigadores de IBM prosiguieron con su crítica y en pocas semanas mostraron que la operación anunciada por Google se podía hacer en 2.5 días en la muy convencional Supercomputadora Summit del Laboratorio Nacional de Oak Ridge en Tennessee. En su defensa, Google argumentó que 2.5 días siguen siendo más que 200 segundos de manera que su reclamo de Supremacía Cuántica seguía siendo válido. Los desarrolladores de IBM contestaron que si bien en aquel momento Summit era el equipo de cómputo más poderoso del mundo, todos esperaban que fuera superada en la siguiente generación de equipos, con los que ya no sería válida su pretensión de haber logrado supremacía cuántica; el computador de mañana es mejor que su propuesta Sycamore, dijeron.
La discusión pública se desarrolló con algunos a favor y otros en contra como siempre ocurre. Algunos dicen que la prueba de IBM en la supercomputadora fue fraudulenta y otros que no. Con todo esto, hay algo que sí parece ser cierto: el potencial de las computadoras cuánticas ha quedado demostrado, y si en aquellos días se polemizó con 53 qubits, ¿qué se podrá hacer con más de mil qubits que están ya en proceso de construcción para el año que entra?
Los qubits de entonces eran llamados “transmon”, que son uniones de dos materiales en estado superconductor separados por una delgada capa aislante. Cuando un material es enfriado por debajo de una cierta temperatura este comienza a conducir electricidad sin resistencia y se dice entonces que es superconductor. En los materiales superconductores se forman pares de electrones conocidos como pares de Cooper. Esa agrupación de los electrones es un efecto curioso que permite que la corriente eléctrica fluya sin obstáculos dándole el carácter especial al material enfriado. Pues bien, en la junta de materiales superconductores estos pares pueden atravesar al aislante tunelando su estructura para pasar al otro lado generando una corriente eléctrica.
Las grandes compañías como Google, Microsoft e IBM impulsan sus diseños instrumentales de lo que es un qubit. Es un área donde aún falta mucho por decir, pues bien podría ser que los investigadores independientes encuentren mejores maneras de construir sistemas cuánticos que definan mejores sistemas computacionales. Un nuevo qubit puede salir de una plataforma distinta a la que están usando los grandes consorcios.
El anuncio reciente de la compañía IBM es sin duda una de las grandes notas en el área de la ciencia y la tecnología de este año que está por terminar.
AQ