Los científicos de Quantinuum han anunciado la creación de Helios, una innovadora computadora cuántica que se dice que es la más poderosa disponible actualmente. Este nuevo sistema cuenta con capacidades que superan incluso a las supercomputadoras más poderosas, y potencialmente requiere más energía que un cuásar (un objeto celeste increíblemente brillante) para lograr un rendimiento comparable utilizando métodos informáticos convencionales. El avance encierra un inmenso potencial para el descubrimiento científico y el avance tecnológico.
La arquitectura de Helios
En el núcleo de Helios se encuentra una unidad de procesamiento cuántico (QPU) compuesta por 98 qubits físicos, cada uno de ellos elaborado a partir de iones de bario. Estos qubits están dispuestos en una formación única de “trampa de iones de unión”, que se asemeja a un anillo con una unión cruzada en su base y que se extiende en dos varillas paralelas.
Aumento del rendimiento mediante la corrección de errores
Esta disposición distintiva mejora significativamente la detección y corrección de errores, lo que genera un rendimiento superior en comparación con las QPU existentes. Los científicos de Quantinuum lograron esto combinando los 98 qubits físicos en 48 qubits lógicos totalmente corregidos de errores. Estos qubits lógicos funcionan como conjuntos emparejados, incorporando qubits de repuesto para minimizar la probabilidad de fallo. El equipo demostró “un rendimiento mejor que el punto de equilibrio”, lo que significa que los códigos de corrección de errores en realidad mejoran la salida del procesador en comparación con la ejecución de cálculos sin ellos, una hazaña desafiante. Mientras que las suposiciones anteriores sugerían una proporción de 10:1 entre qubits físicos y lógicos, Quantinuum logró una impresionante proporción de 2:1, allanando el camino para escalar a sistemas aún más grandes.
Nuevo lenguaje de programación y motor de control
Para complementar el hardware, el equipo desarrolló Guppy, un nuevo lenguaje de programación basado en el ampliamente utilizado Python, diseñado para ser compatible con futuros sistemas tolerantes a fallas. Fundamentalmente, también construyeron una sofisticada pila de control, que incluye un motor de control en tiempo real (el “cerebro clásico” de la máquina) que puede detectar y resolver errores. Este motor utiliza GPU de Nvidia para decodificar información de errores y enviar correcciones a la computadora cuántica, lo que garantiza un funcionamiento eficiente y mitigación de errores.
Benchmarking y Fidelidad
El sistema Helios ha demostrado un rendimiento excepcional en una serie de experimentos de referencia. La QPU logró una notable fidelidad del 99,921 % en todos los pares de qubits y del 99,9975 % en puertas cuánticas de un solo qubit. El equipo batió récords anteriores en el punto de referencia de muestreo aleatorio de circuitos (RCS), previamente establecido por Willow QPU de Google, consolidando aún más la posición de Helios como líder en computación cuántica.
La importancia de la corrección de errores
Si bien algunas computadoras cuánticas tienen más qubits físicos, el rendimiento depende de la calidad de los qubits y de minimizar las tasas de error. Esta es la razón por la que los científicos se centran cada vez más en la corrección de errores cuánticos (QEC), que aborda tasas de error significativamente más altas en los qubits en comparación con los bits de las computadoras convencionales.
Nuevos descubrimientos mediante simulación
Para mostrar las capacidades de Helios, los científicos simularon un metal superconductor de alta temperatura, revelando un comportamiento de electrones previamente desconocido. Descubrieron que los electrones se emparejan mediante entrelazamiento mientras se encuentran en un estado superconductor (una “firma de superconductividad”) y esta firma desaparece cuando el metal no es superconductor.
Observando lo inobservable
Esta observación surgió de un modelo basado en un experimento anterior en el que los científicos indujeron brevemente superconductividad en un trozo de metal La3Ni2O. Esta simulación permitió a los científicos observar fenómenos a nivel atómico, algo imposible en los experimentos tradicionales de “laboratorio húmedo” donde el material está presente. La nueva máquina marca la primera computadora cuántica capaz de observar este fenómeno, abriendo nuevas vías para la investigación en ciencia de materiales.
El camino por delante
Habiendo establecido esta innovadora arquitectura de computación cuántica, Quantinuum confía en su escalabilidad. El diseño de la trampa de iones de unión permite un enrutamiento y emparejamiento eficiente de qubits, y los investigadores prevén la integración de numerosas uniones de este tipo en máquinas futuras, lo que permitirá un escalado masivo y acercará la computación cuántica a superar las capacidades de las supercomputadoras clásicas.
“Se puede pensar en ello como una intersección de tráfico para que los qubits los enruten de manera realmente eficiente y los emparejen”, dijo Hayes, haciendo referencia al cruce que sigue al anillo en la nueva disposición. “Y ahora que lo tenemos funcionando, creemos que debería ser bastante sencillo insertar muchas de estas cosas tratando de cerrar la ventana a la máquina de próxima generación y realmente escalar estas máquinas a grandes cantidades”.
El desarrollo de Helios representa un importante avance en la computación cuántica, ya que ofrece potencia y precisión sin precedentes para la exploración científica y allana el camino para futuros avances en diversos campos.
