Una vez más, Google afirma que una computadora cuántica ha superado a una supercomputadora. Ojalá se pudiera demostrar.

«La computación cuántica se enfrenta a una dura competencia», afirma Andreas Wallraff. Este físico cuántico de la ETH de Zúrich sabe de lo que habla: trabaja para mejorar las computadoras cuánticas con el objetivo de que algún día puedan resolver en minutos tareas que a las supercomputadoras actuales les llevarían años.

Al menos, esa es la promesa que los desarrolladores de computadoras cuánticas llevan años haciendo. Google ha afirmado repetidamente en los últimos años que sus computadoras cuánticas han resuelto problemas específicos más rápido que las computadoras clásicas, logrando así una ventaja cuántica. Recientemente , la compañía informó en su blog de investigación que su chip cuántico «Willow» resolvió una tarea 13 000 veces más rápido que la segunda supercomputadora más rápida del mundo. El algoritmo se puede utilizar, por ejemplo, para calcular propiedades moleculares como las distancias atómicas.

Otras empresas, como la canadiense D-Wave Systems, también han alegado ventajas cuánticas. Sin embargo, estas afirmaciones fueron rápidamente refutadas. O bien los investigadores demostraron que los algoritmos clásicos mejorados son igualmente rápidos, o bien las tareas carecían de aplicación práctica. La última afirmación de Google sobre las ventajas cuánticas también está recibiendo críticas: un analista señala un método de IA que probablemente podría resolver el problema con la misma rapidez y que el equipo de Google pasó por alto en su comparación.

¿Es pura palabrería todo el revuelo que rodea a las computadoras cuánticas? No, afirma Scott Aaronson: «Ese es el proceso científico normal: algunos afirman que existe una ventaja cuántica, otros intentan refutarla», explica este informático de la Universidad de Texas, quien analiza críticamente la investigación en computación cuántica. «Una ventaja cuántica debe considerarse una hipótesis falsable», escriben Olivia Lanes y sus colegas de IBM . En un artículo, explican qué significa realmente «ventaja cuántica» y cómo puede demostrarse. Estas cuestiones son, a su vez, objeto de investigación.

«La ventaja cuántica implica que una computadora cuántica resuelve un problema de forma más eficiente, es decir, más rápida o con menor coste», afirma Andreas Wallraff. «El referente son las supercomputadoras más potentes. Por lo tanto, el listón está muy alto». Si bien las supercomputadoras son cada vez más rápidas, los físicos aún se enfrentan a la propensión a errores de los cúbits, las unidades de computación más pequeñas de las computadoras cuánticas.

Todavía no es posible corregir errores con cúbits adicionales con la suficiente eficacia como para que las computadoras cuánticas funcionen de forma estable durante periodos prolongados. Esto limita considerablemente su rendimiento. Por lo tanto, compararlas con supercomputadoras resulta algo injusto, como comparar un coche de carreras de última generación con un prototipo.

A pesar de las limitaciones inherentes de los cúbits, los investigadores se esfuerzan por realizar cálculos útiles. Buscan tareas que presentan dificultades para las computadoras clásicas, pero en las que las computadoras cuánticas destacan. Entre ellas se incluyen, por ejemplo, simulaciones químico-cuánticas de moléculas para el desarrollo de fármacos o la optimización de problemas en logística y transporte. Además de numerosos grupos académicos, más de 200 empresas emergentes en todo el mundo trabajan en computadoras cuánticas. Para ellas, una ventaja cuántica demostrada representaría una oportunidad para diferenciarse.

Scott Aaronson se queja de que se están haciendo afirmaciones falsas, como por ejemplo, que se ha demostrado una ventaja cuántica. Sin embargo, esto es prácticamente imposible, ya que no existen criterios de evaluación establecidos. Esto siempre deja margen para la interpretación.

«Una forma de confirmar una ventaja cuántica es replicar el resultado en la computadora cuántica de otro grupo», afirma Wallraff. «Pero no todos tienen acceso a equipos tan avanzados como los de Google». Además, los distintos equipos trabajan con tecnologías diferentes, desde bucles superconductores hasta átomos neutros, iones y semiconductores. Esto también dificulta la reproducción de los resultados.

Los desarrolladores intentan demostrar la ventaja cuántica haciendo que un equipo interno de expertos intente superar su propio algoritmo utilizando métodos clásicos; el desarrollador, en esencia, asume el papel de crítico. Google, por ejemplo, invirtió diez años-persona en probar nueve algoritmos clásicos. Esto les llevó a concluir que el chip cuántico «Willow» resuelve el problema 13 000 veces más rápido. Sin embargo, Wallraff subraya que esto solo refleja el estado actual de la investigación. «Otros pueden desarrollar algoritmos clásicos más rápidos en cualquier momento; es una competencia constante».

Quizás el método más fiable para verificar una ventaja cuántica sea la comparación con la experimentación: las propiedades moleculares pueden medirse en el laboratorio. Para probar las simulaciones en el chip cuántico de Google, investigadores de la Universidad de California, Berkeley, determinaron las distancias entre los átomos de hidrógeno en dos moléculas orgánicas mediante resonancia magnética nuclear. Estas mediciones coincidieron con los valores calculados por «Willow».

Sin embargo, el experimento examinó moléculas pequeñas que también pueden simularse con computadoras convencionales. Para moléculas más grandes, donde podría demostrarse la ventaja cuántica, "Willow" sigue siendo demasiado propenso a errores.

Para Dieter Kranzlmüller, la comparación con las computadoras clásicas es secundaria. El Centro de Supercomputación Leibniz, cerca de Múnich, que él dirige, ha integrado la computadora cuántica de la empresa emergente germano-finlandesa IQM con su supercomputadora. «La supercomputadora siempre debería acceder a la computadora cuántica cuando esta última sea superior», afirma Kranzlmüller, por ejemplo, en subtareas de mecánica cuántica. Kranzlmüller cree que, si se evidencia una ventaja cuántica, pronto se establecerán estándares para determinarla con precisión.

Considera que la competencia es productiva: «Las afirmaciones anteriores sobre una ventaja cuántica a menudo han demostrado que los algoritmos clásicos también pueden acelerarse», afirma el informático. «Simplemente realizando investigación fundamental sobre computadoras cuánticas, aprendemos mucho que también se aplica a las computadoras convencionales».

Scott Aaronson comparte una opinión similar. Las computadoras cuánticas con corrección de errores podrían permitir un salto cualitativo en el rendimiento que superaría con creces las capacidades de las supercomputadoras en el futuro. El santo grial es la factorización en números primos grandes, la base del cifrado moderno y prácticamente irresoluble para las computadoras clásicas actuales. «Si lo conseguimos, habremos logrado una enorme ventaja cuántica», afirma Aaronson, «o alguien encontrará un método de factorización clásica rápido que sería casi igual de revolucionario para la criptografía y las matemáticas».