Esta es la respuesta de China al microchip cuántico de Google: un superchip billones de veces más potente

Era de esperar que la carrera cuántica, una versión siglo XXI de la carrera espacial, siguiera su curso. Tras la propuesta de Google con su microchip Willow, un equipo de científicos chinos ha desarrollado una unidad de procesamiento cuántico (QPU) mil billones de veces más rápida que las mejores supercomputadoras del planeta.

El nuevo prototipo de chip de 105 cúbits, denominado "Zuchongzhi 3.0", que utiliza cúbits superconductores, representa un avance significativo para la computación cuántica, según científicos de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) en Hefei.

Sus capacidades compiten con los resultados de la última QPU Willow de Google, que permitió a los científicos reivindicar la supremacía cuántica en pruebas de laboratorio. Los científicos utilizaron el procesador para completar una tarea en la prueba de referencia de muestreo aleatorio de circuitos (RSC) de computación cuántica, ampliamente utilizada, en tan solo unos cientos de segundos, según informaron en un estudio publicado en Physical Review Letters.

Esta prueba, una tarea de muestreo aleatorio de circuitos de 83 cúbits y 32 capas, también se completó un millón de veces más rápido que el resultado obtenido por el chip Sycamore de la generación anterior de Google. En contraste, Frontier, la segunda supercomputadora más rápida del mundo, “solo” podría completar la misma tarea en 5.900 millones de años.

Aunque los resultados sugieren que las QPU son capaces de alcanzar la supremacía cuántica, la evaluación comparativa RCS específica utilizada favorece los métodos cuánticos. Además, las mejoras en los algoritmos clásicos que impulsan la computación clásica podrían cerrar la brecha, como sucedió en 2019 cuando los científicos de Google anunciaron por primera vez que una computadora cuántica había superado a una computadora clásica, en el primer uso de la evaluación comparativa RSC.

“Nuestro trabajo no solo amplía las fronteras de la computación cuántica, sino que también sienta las bases para una nueva era en la que los procesadores cuánticos desempeñan un papel esencial para abordar los sofisticados desafíos del mundo real”, señala el estudio.

La última versión de Zuchongzhi incluye 105 cúbits transmon (dispositivos fabricados con metales como el tantalio, el niobio y el aluminio, con menor sensibilidad al ruido) en una red rectangular de 15 x 7. Uno de los aspectos más importantes para la viabilidad de la computación cuántica en entornos reales es el tiempo de coherencia, una medida del tiempo durante el cual un cúbit puede mantener su superposición y aprovechar las leyes de la mecánica cuántica para realizar cálculos en paralelo. Tiempos de coherencia más largos permiten realizar operaciones y cálculos más complejos.

Otra mejora importante se encuentra en la fidelidad de la puerta y la corrección de errores cuánticos, que ha sido un obstáculo para el desarrollo de computadoras cuánticas útiles. La fidelidad de la puerta mide la precisión con la que una puerta cuántica realiza su operación prevista; una puerta cuántica es análoga a una puerta lógica clásica, que realiza una operación específica en uno o más cúbits, manipulando su estado cuántico. Los cúbits de mayor fidelidad se traducen en menos errores y cálculos más precisos.

Estas mejoras fueron posibles, en gran medida, gracias a mejoras de ingeniería, incluyendo nuevos métodos de fabricación y un diseño de cúbits más optimizado, según explicaron los científicos en el estudio. Por ejemplo, la última iteración define litográficamente los componentes de los cúbits utilizando tantalio y aluminio, unidos mediante un proceso de chip invertido con protuberancias de indio. Esto mejora la precisión y minimiza la contaminación.