Google Quantum AI anunció que implementó en la práctica, en su procesador cuántico Willow, una técnica conocida como «cultivo de estados mágicos» (magic state cultivation), logrando reducir los errores aproximadamente 40 veces en comparación con los estados no cultivados. Los resultados se publicaron en la revista Science, en un paso que, según la empresa, aborda uno de los cuellos de botella de recursos más difíciles que obstaculizan la ampliación de la computación cuántica hacia aplicaciones prácticas.
¿Por qué representan los estados mágicos un cuello de botella?
La computación cuántica universal necesita un conjunto específico de operaciones para poder ejecutar programas útiles que superen las capacidades de la computación tradicional. Para realizar estas operaciones, se crean estados cuánticos especiales llamados «estados mágicos», que después se utilizan dentro de operaciones tolerantes a fallos. Sin embargo, crear estados de alta calidad y tolerantes a fallos consume enormes recursos; las estimaciones citadas por Google indican que hasta el 95 % de la capacidad del ordenador cuántico podría destinarse a producirlos, en lugar de ejecutar los cálculos propiamente dichos.
El problema se agrava porque el estado mágico se consume al utilizarlo y no puede reutilizarse, lo que lo convierte en un recurso escaso dentro del sistema cuántico.
¿Cómo funcionó la técnica de cultivo?
La idea, desarrollada por investigadores de Google Quantum AI a partir de trabajos anteriores, consiste en introducir un estado ruidoso en una pequeña región del chip y después realizar una serie de mediciones coordinadas para detectar los intentos defectuosos y descartarlos. De este modo se cultiva un estado cuántico puro y con pocos errores, adaptándolo al mismo tiempo a una codificación mayor que pueda utilizarse dentro del ordenador.
El desafío principal consistía en convertir la idea teórica en un sistema que funcionara sobre hardware real. Durante las pruebas, el equipo descubrió que la deriva de los equipos eléctricos y los cambios de temperatura producían un tipo de ruido que afectaba a la validez del método de medición utilizado para evaluar los resultados. Después de realizar simulaciones, comprobaciones de coherencia y revisar los supuestos, los investigadores añadieron mecanismos de control para reducir el efecto del ruido e idearon una nueva técnica de medición que utiliza el propio proceso de cultivo como herramienta de calibración.
Resultados de la medición y qué cambió en la práctica
En el procesador Willow, el protocolo logró reducir los errores 40 veces en comparación con los estados no cultivados y produjo estados T con una precisión lógica del 99,99 %, un resultado que Google describió como un nuevo nivel récord en la medición cuántica.
El equipo también demostró la posibilidad de pasar entre dos tipos de corrección de errores cuánticos: los «códigos de color» (color codes), adecuados para el proceso de cultivo, y los «códigos de superficie» (surface codes), un método más consolidado. Esto incluyó transferir estados de un código de color de distancia 3 a un código de superficie de distancia 5, manteniendo los estados depurados y transfiriéndolos dentro del hardware.
¿Qué aún no se ha resuelto?
El resultado no demuestra que la computación cuántica práctica ya esté disponible. Google reconoce que el cultivo de estados mágicos necesita demostrarse a mayor escala para convertirse en una opción viable para la computación cuántica útil, y que aún persisten otros desafíos técnicos y de ingeniería. El valor real del logro es que lleva una idea central del nivel teórico a un experimento exitoso en un procesador real y ofrece una posible vía para reducir la cantidad de recursos necesarios para construir un ordenador cuántico tolerante a fallos.