Google Quantum AI, la división de investigación de Google centrada en el desarrollo de tecnologías de computación cuántica, ha demostrado que el «cultivo de estados mágicos» funciona en la práctica con el procesador Willow para reducir los errores aproximadamente 40 veces en comparación con su funcionamiento sin él.

Este avance representa un «paso crucial» para la aplicación práctica de la computación cuántica, ya que, para lograr la computación cuántica «universal» y llevar a cabo programas útiles, es necesario ejecutar un conjunto específico de operaciones cuánticas. Además, tal y como ha dado a conocer Google en su blog oficial, esto se consigue creando lo que se denomina «estados mágicos», bautizados así porque permiten crear las operaciones necesarias para dar un paso más allá de la computación clásica.

Sin embargo, hay un pequeño inconveniente, ya que crear estados mágicos de alta calidad y con corrección de errores requiere bastante recursos. En este sentido, la compañía de Mountain View indica que «hasta el 95% de la capacidad total de un ordenador cuántico podría necesitar dedicarse a su creación, dejando poco margen para el procesamiento propiamente dicho».

Así se ha logrado este hito

En 2024, los investigadores de IA cuántica Craig Gidney, Noah Shutty y Cody Jones desarrollaron una técnica conocida como «cultivo de estados mágicos», basada en ideas anteriores.

El método consiste en introducir un estado cuántico con errores en una pequeña región del chip y realizar mediciones coordinadas para detectar y descartar los resultados defectuosos, de esta forma, el sistema puede generar estados cuánticos de mayor pureza y menos propensos a errores, que después se adaptan a una codificación más amplia y útil para los cálculos.

Según Google, esta técnica puede reducir los recursos necesarios para construir ordenadores cuánticos capaces de ejecutar tareas prácticas. Sin embargo, llevarla a la práctica requiere resolver distintos desafíos técnicos y de ingeniería para adaptarla al hardware cuántico y garantizar que funcione de forma fiable.

Cabe mencionar que, durante las primeras pruebas del protocolo, la investigadora de Google Emma Rosenfeld detectó resultados que parecían contradecir las leyes de la física. Tras meses de análisis, el equipo descubrió que el problema estaba en una suposición incorrecta sobre las mediciones, que se veían afectadas por fluctuaciones eléctricas y cambios de temperatura en el laboratorio. No obstante, para corregirlo, los investigadores incorporaron controles adicionales y desarrollaron un nuevo método de evaluación que utiliza el propio cultivo de estados mágicos para comprobar la fiabilidad de los resultados.

Por lo tanto, estas mejoras permitieron al equipo de Google Quantum AI reducir los errores 40 veces en el procesador cuántico Willow respecto a los estados sin cultivar y alcanzar una fidelidad lógica del 99,99 % en los estados.

Otros hallazgos

El equipo de Google Quantum AI ha conseguido alternar entre los códigos de color, un sistema de corrección de errores cuánticos que resulta adecuado para el cultivo de estados mágicos, y los códigos de superficie, una técnica más consolidada. Gracias a esto, la compañía ha demostrado que los «estados purificados pueden sobrevivir y transferirse sin problemas dentro del hardware«.

Por otro lado, aunque todavía es necesario demostrar que este proceso puede ampliarse para su uso en ordenadores cuánticos, el objetivo final de Google Quantum AI consiste en crear un ordenador cuánto útil y con corrección de errores, capaz de resolver problemas que resultarían «irresolubles» para los sistemas convencionales.