19 SEGUNDOS FRENTE A UN SIGLO DE SUPERCOMPUTACIÓN
La ventaja cuántica consiste en demostrar que un ordenador cuántico puede realizar una tarea que ningún superordenador clásico puede terminar en un tiempo razonable. La prueba estándar es el muestreo de circuitos aleatorios: aplicar una secuencia de puertas cuánticas elegidas al azar a decenas de cúbits y luego medirlos. El resultado es un flujo de cadenas de ceros y unos extraídas de una distribución de probabilidad que a los ordenadores clásicos les cuesta muchísimo reproducir.
Un punto importante: esta tarea no tiene ninguna utilidad práctica. Es una prueba de referencia, un cronómetro de la potencia de cálculo bruta.
Una carrera en ambos bandos
El procesador Sycamore abrió la carrera con 53 cúbits, seguido de Zuchongzhi 2.0 y 2.1, Sycamore con 67 cúbits y Zuchongzhi 3.0 con 83 cúbits activos. En el otro bando, los algoritmos clásicos no dejaron de mejorar y redujeron en varios órdenes de magnitud el coste de reproducir estos experimentos. Por eso cada afirmación tiene que precisar con exactitud con qué tarea clásica se compara.
Hasta ahora, todas estas demostraciones se hicieron en máquinas de laboratorio dedicadas, ajustadas con cuidado para la ocasión.
Un procesador alquilado en la nube
Un equipo de la empresa emergente BlueQubit (San Francisco), con colegas de la EPFL y de la Fundación XPRIZE, usó un procesador IBM Nighthawk r2: 120 cúbits superconductores en una cuadrícula de 12 × 10. Accedieron a él a través de la nube, con las herramientas estándar Qiskit de IBM y sin ninguna calibración especial. Los autores no son de IBM: usaron la máquina mediante el programa de IBM para empresas emergentes y aclaran que sus opiniones no son las de IBM.
Usaron 61 cúbits (dejaron fuera tres por sus datos de calibración), conectados por 102 acopladores.
Comprobar el resultado directamente es imposible: es justo lo que los ordenadores clásicos no pueden hacer. Así que el equipo usó dos estimaciones independientes de la fidelidad del circuito:
- una prueba «espejo»: ejecutar un circuito y luego su inverso exacto, y comprobar si los cúbits vuelven a su estado inicial, sin necesidad de simulación;
- una prueba de «parches»: cortar el circuito en 3 o 4 trozos lo bastante pequeños para simularlos y comprobar cada uno.
Las cifras
- Las dos estimaciones coinciden en todas las profundidades medidas.
- Fidelidad por ciclo: 0,872, frente a 0,836 en el Nighthawk r1 de primera generación: más de diez veces mejor al cabo de 32 a 40 ciclos.
- El punto de referencia: 36 ciclos, 918 puertas de dos cúbits, una fidelidad de alrededor de 0,0023. Se recogió un millón de muestras en 19 segundos.
- Calcular clásicamente una sola probabilidad de salida cuesta unas 10²² operaciones, unos dos días del superordenador Frontier.
- Producir clásicamente el mismo millón de muestras: unas 1,2 × 10²⁷ operaciones, es decir, unos 110 años en Frontier.
- Todo el experimento usó unos 11 minutos de tiempo de ordenador cuántico.
- Los «trucos» clásicos conocidos, que cortan el circuito en trozos para imitar la puntuación, se quedan al menos diez veces por debajo de la puntuación medida.
La letra pequeña
Los 110 años son una estimación para un algoritmo clásico concreto, no un límite absoluto. Supone memoria ilimitada, lo que favorece al bando clásico. Otros métodos, como reutilizar trabajo entre muchas probabilidades o las simulaciones aproximadas, podrían reducir el coste. Y, escriben los autores, la historia de esta prueba indica que algunos lo harán.
Una prueba que cualquiera puede repetir
Según los autores, se trata de la primera demostración de ventaja cuántica en muestreo estándar de circuitos aleatorios en un procesador comercial, ampliamente accesible, que la mayoría de los usuarios no expertos pueden reproducir. Los circuitos, los datos (incluido el millón de muestras) y el código son públicos.