“Estoy muy emocionado por esto. Lo que esto ha hecho es demostrar realmente lo que siempre pensamos que sabíamos, pero no habíamos probado experimentalmente: siempre se puede vencer a una máquina clásica agregando algunos cúbits más”, comentó a ‘The New Scientist’ el físico Peter Knight, no involucrado en el diseño. Zu Chongzhi cuenta con un procesador bidimensional y 66 cúbits —o bits cuánticos— funcionales que pueden operar simultáneamente. Es capaz de completar tareas de muestreo con un tamaño del sistema de hasta 56 cúbits y 20 ciclos. Según los ingenieros chinos, es de “2 o 3 órdenes de magnitud” —es decir, cientos o miles de veces— más potente que Sycamore, la supercomputadora cuántica con la que Google anunció en octubre de 2019 su “supremacía cuántica”.

La superioridad del dispositivo chino se explicaría no solo por el mayor número de los cúbits, sino porque para administrarlos, Zu Chongzhi utiliza circuitos ópticos para el control y lectura de los chips. Al igual que Sycamore, Zu Chongzhi puede resolver diferentes tareas y es completamente programable. En esto se difiere completamente de otra supercomputadora cuántica china, Jiuzhang, que es 10.000 millones de veces más rápida que la de Google, pero lleva a cabo una sola tarea: encontrar soluciones al problema de muestreo de bosones. Además, Zu Chongzhi demuestra la escalabilidad de la tecnología.

“Observamos que el rendimiento de todo el sistema se comporta como se predijo cuando el tamaño del sistema crece de pequeño a grande, lo que confirma nuestras operaciones cuánticas de alta fidelidad y errores correlacionados bajos en el procesador Zu Chongzhi. El procesador cuántico tiene una arquitectura escalable que es compatible con la corrección de errores de código de superficie, que puede actuar como banco de pruebas para una computación cuántica tolerante a fallas”, señalan sus desarrolladores en un artículo todavía no revisado por pares que está accesible en el repositorio ‘arXiv’.

El sistema para los ordenadores, destinado a resolver las tareas complejas más rápido que las computadoras ordinarias, fue desarrollado por la compañía Origin Quantum Computing Technology Co Ltd. Fue optimizado para las capacidades de los ordenadores para realizar la gestión de recursos y el procesamiento paralelo de datos. Además, desde la empresa señalaron que el sistema puede calibrar los chips cuánticos automáticamente.

Esa tecnología permitió a esos especialistas realizar una tarea que no se había logrado de manera clásica, según señala un artículo publicado por la revista ‘Science’ este 28 de agosto. Los autores del texto destacan que resolvieron dos problemas químicos: la energía de enlace de las cadenas de hidrógeno y el mecanismo de isomerización de la diimida sometida a la reacción.

Formado por dos átomos de nitrógeno unidos con un doble enlace y cada uno conectado con otro de hidrógeno, ese compuesto orgánico sirve de base para otros más complejos. ‘Sycamore’ tiene una capacidad máxima de 54 cúbits o bits cuánticos —registran tres posibilidades: ‘uno’, ‘cero’ y ‘uno y cero’ en simultáneo— y utilizó 12 para realizar sus cálculos.

Su inusual velocidad de cálculo se debe al uso de múltiples superposiciones correspondientes a la opción de que se den ‘uno’ y ‘cero’ al mismo tiempo, el cambio fundamental que aporta la tecnología cuántica. En octubre del año pasado, Google anunció que sus investigadores emplearon solo 200 segundos en realizar un cálculo que hubiera requerido 10.000 años en una supercomputadora de IBM de la generación anterior.

El nuevo computador puede reducir drásticamente la dificultad de la simulación de los procesos estocásticos —o la evolución de variables aleatorias en función de otra variable— que nos rodean cada día en varias formas, desde los procesos climáticos hasta el índice de la bolsa.

El obstáculo principal es la multiplicación de las probabilidades con cada paso del tiempo. “Aunque tengamos que elegir entre solo dos posibilidades cada minuto, en menos de media hora habrá 14 millones de los futuros posibles. En menos de un día, su número excederá el número de los átomos en el universo”, cita phys.org a Mile Gu, de la Universidad tecnológica de Nanyang (Singapur).

Sin embargo, el dispositivo cuántico puede investigar los futuros poniéndolos en superposición, es decir, un estado ambiguo en el que dos condiciones se cumplan al mismo tiempo. Al interferir estas superposiciones entre sí, los científicos pueden evitar por completo mirar a cada futuro posible individualmente, lo que resulta en una notable economía de tiempo de trabajo y energía empleada por la máquina.

A pesar de que el aparato prototípico tiene solo 16 estados cuánticos, el esquema puede ampliarse sin limitaciones.

El logro puede suponer un impulso a la inteligencia artificial (IA), supone Farzad Ghafari de la Universidad de Griffith (Australia): “Nuestras técnicas pueden permitir que las IA mejoradas cuánticamente asuman el efecto de sus acciones de forma mucho más eficiente”.

Entretanto, el potencial de los computadores cuánticos aún está por explorar. “Así como pocos podían imaginar los múltiples usos de los ordenadores clásicos en los años 1960, nosotros todavía no sabemos qué pueden hacer los ordenadores cuánticos”,  admite Geoff Pryde, jefe del grupo australiano de científicos.

El estudio, que fue publicado el lunes en la revista científica Nature, permitió verificar la ley de universalidad de las transiciones de fase y comprobar el mecanismo de Kibble-Zhurek, una teoría que describe el proceso de surgimiento del Universo a través de las transiciones de fase de segundo orden.

Las transiciones de fase de primer orden son las transformaciones de sustancia que podemos ver en nuestra vida cotidiana, como, por ejemplo, la evaporación del agua o la fusión del hielo. Paralelamente, en la naturaleza existen transiciones de fase de segundo orden. Es casi imposible observarlas a simple vista, pero desempeñan un papel importante en la ciencia y la tecnología moderna. Un ejemplo de transición de segundo orden es el paso del helio líquido a un estado superfluido.

El mecanismo de Kibble-Zurek es una teoría diseñada a finales de los años 80 del siglo pasado, según la cual las transiciones de segundo orden surgen gracias a los defectos topológicos, unos puntos que rompen la simetría del sistema. La teoría describe la aparición de estos defectos después de la Gran Explosión.

Los investigadores de Harvard lograron demostrar esta teoría, siendo los primeros en simular la transición de fase cuántica. Hasta ahora solo era posible estudiar la transición de fase clásica. El ordenador cuántico permitió a los científicos cambiar el estado de los átomos y observar su interacción, pudiendo ver cómo se formaron los defectos topológicos cuánticos dentro del ordenador, con qué frecuencia y dónde aparecieron.

Además, los científicos han hallado pistas sobre cómo mejorar el funcionamiento de su ordenador y sistemas informáticos similares para calcular la estructura interna de los núcleos de átomos y el comportamiento de las partículas elementales.