El procesador cuántico Willow de Google redujo 40 veces los errores al preparar un tipo especial de estado cuántico, según un estudio publicado en la revista Science y reportado por Interesting Engineering. El resultado ataca uno de los cuellos de botella de la computación cuántica práctica.

La técnica se llama cultivo de estados mágicos (magic state cultivation) y alcanzó una fidelidad lógica de 99,99%. Produce estados cuánticos muy precisos que se necesitan para hacer cálculos complejos y que son indispensables en cualquier computador cuántico con corrección de errores.

Fabricar estos estados mágicos es un problema antiguo. Hacen falta para los cálculos cuánticos complejos, pero obtenerlos con tasas de error lo bastante bajas consume muchísimos recursos. Algunas estimaciones apuntan a que hasta el 95% de la capacidad de un computador cuántico podría irse en producirlos, con poco margen para el cálculo propiamente tal.

Hay una complicación adicional. Cada estado mágico se puede usar una sola vez, así que el computador tiene que fabricar estados nuevos de forma continua para seguir operando. El experimento de Google muestra un método que puede aliviar esa carga.

¿Cómo funciona el cultivo de estados mágicos?

En 2024, los investigadores de Google Quantum AI Craig Gidney, Noah Shutty y Cody Jones desarrollaron la técnica a partir de un enfoque teórico anterior.

El método funciona como un filtro. Los investigadores introducen un estado cuántico con errores en una zona pequeña del procesador y hacen una serie de mediciones coordinadas para detectar fallas. Los intentos que no pasan esos controles se descartan, y los que pasan dejan estados mucho más limpios. Esos estados se pueden expandir después a una forma más grande, apta para operaciones cuánticas más complejas.

El enfoque prometía en teoría, pero demostrarlo en hardware real exigió varias mejoras de ingeniería.

En los primeros experimentos, la investigadora de Google Emma Rosenfeld se encontró con resultados de medición que no esperaba. Tras meses de pruebas y simulaciones, el equipo identificó el origen. Era ruido causado por la deriva de los equipos eléctricos y los cambios de temperatura en el laboratorio.

Esa interferencia afectaba la precisión del método de medición que usaba el equipo. Los investigadores mejoraron los controles del procesador y desarrollaron una técnica de evaluación nueva que usa el propio proceso de cultivo para medir los resultados.

Con esos cambios, Willow logró una reducción de errores de 40 veces frente a los estados preparados sin cultivo. El experimento también produjo estados T lógicos, un tipo particular de estado mágico, con una fidelidad reportada de 99,99%.

El escalamiento sigue pendiente

Además de bajar los errores, los investigadores de Google mostraron que los estados purificados se pueden trasladar entre dos métodos distintos de corrección de errores.

El equipo movió estados desde un código de color de distancia 3 a un código de superficie de distancia 5. Son dos maneras de organizar la información cuántica para detectar y corregir errores, y la distancia indica cuánta protección ofrece el código contra ciertos tipos de error.

Este proceso, llamado injerto (grafting), demostró que los estados preparados con cuidado sobreviven al paso de un método a otro en hardware real. El dato pesa porque los computadores cuánticos del futuro tal vez necesiten combinar distintas técnicas de corrección para calcular de forma confiable sin multiplicar el hardware.

La demostración no significa que Google haya eliminado el cuello de botella de los estados mágicos ni que haya construido un computador cuántico práctico y tolerante a fallas.