La Cuestión Cuántica: Nunca Sabes Realmente el Futuro

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La gente ha estado debatiendo si una computadora cuántica representa una amenaza realista para la red Bitcoin durante más de una década. Fue un tema serio de conversación hace más de 13 años cuando descubrí Bitcoin por primera vez. 

Ha habido bastante progreso, tanto en términos de teoría como de ingeniería en el mundo real, desde hace mucho tiempo cuando yo era solo un idiota torpe tratando de entender qué estaba pasando aquí. 

Se han alcanzado dos hitos importantes desde entonces que marcan una diferencia material en la probabilidad de que se produzca realmente una computadora cuántica viable en algún momento de la próxima década más o menos. Eso no significa inherentemente que llegará a un punto de ubicuidad, o incluso de relativa facilidad de acceso para aquellos con grandes cantidades de capital. 

Pero es muy posible que se produzcan varias máquinas viables en un futuro cercano. 

La primera gran mejora ha sido en la corrección de errores. Para tener en cuenta el ruido inherente al trabajar con cosas a esta escala tan pequeña, para obtener un qubit lógico que sea útil en la computación en la práctica se requiere el uso de múltiples qubits físicos redundantes. 

La forma más avanzada de hacer esto anteriormente eran los códigos de superficie, una forma de agrupar múltiples qubits físicos en una cuadrícula y usar algunos de ellos como qubits de verificación que periódicamente "controlan" a sus vecinos para asegurar que no hayan ocurrido errores internos en la superposición (sin colapsar la superposición). Los espacios vacíos de cada cuadrícula necesitan ser llenados con qubits de verificación. 

Este requisito de qubits de verificación crea una sobrecarga adicional que puede acercarse a 1.000 qubits físicos por qubit lógico en total, y empeora a escala porque los qubits de verificación solo pueden controlar los qubits inmediatamente adyacentes a ellos. Por lo tanto, cada agrupación de qubits necesita tener verificadores en un espaciado equidistante. 

Los códigos cuánticos de verificación de paridad de baja densidad (qLDPC) eliminan este cuello de botella, permitiendo que los qubits de verificación controlen otros qubits a grandes distancias (ya sea a través de trazas entretejidas para comunicarse a través de secciones del chip, o moviendo físicamente átomos como con el diseño de átomos neutros) a través del dispositivo. Esto ha permitido una reducción de 10 veces en la cantidad de qubits físicos necesarios para producir un qubit lógico confiable. 

Eso no es algo para despreciar. Si bien puede que no sea una máquina completamente funcional que progrese en ganar más eficiencia, son ganancias de eficiencia materiales en los procesos de ingeniería que subyacen a la producción de una computadora cuántica completamente funcional. 

La segunda tiene que ver con una pregunta más fundamental en torno a la afirmación de que agregar más qubits físicos conduce a una reducción en el ruido general del sistema en lugar de un aumento. Esto es realmente en este punto todavía teoría, y hay que tener en cuenta que hasta el día de hoy nunca ha habido una computadora cuántica completamente funcional que haya realizado de extremo a extremo un cálculo que una computadora clásica sea incapaz de hacer. 

Google realizó un experimento utilizando sus chips Sycamore (y más tarde Willow) para verificar experimentalmente el efecto de agregar más qubits físicos. Para ser muy claros, esto no fue una demostración de realizar cálculos, sino simplemente una demostración de almacenar información en la memoria sin que se deteriore. 

Demostraron mediante el uso de qubits lógicos compuestos por un paquete de 17 qubits físicos, un paquete de 49 qubits físicos y un paquete de 101 qubits físicos que la tasa de error lógico, la frecuencia de corrupción de datos, disminuyó a medida que aumentaba el recuento de qubits físicos. Esta prueba pasó un umbral crítico, donde el qubit lógico creado a partir de los qubits físicos independientes mantuvo la coherencia más tiempo que cualquier qubit físico individual del que estaba compuesto. 

Ahora, de nuevo, esto no es un salto a una computadora cuántica completamente funcional que realice cálculos que las máquinas clásicas son incapaces de hacer, pero es un progreso material que prueba uno de los supuestos fundamentales subyacentes a las computadoras cuánticas. 

Estas no son las únicas cosas para las que estamos encontrando mejores soluciones en este espacio de problemas tampoco. La inteligencia artificial se ha convertido en un gran componente en estos sistemas. Se está utilizando en el proceso real de leer y decodificar información de una computadora cuántica, un gran cuello de botella para realmente hacer uso de ella a escala. 

La IA también se está utilizando en el desarrollo de nuevos algoritmos cuánticos optimizados para este tipo de máquinas, y dada la reciente avalancha de IA ayudando a resolver (o incluso refutar conjeturas existentes) problemas importantes en el campo de las matemáticas, esto no es realmente una locura de salto considerar la posibilidad de grandes avances provocados por la IA. 

Se están utilizando de la misma manera en el diseño real de los circuitos cuánticos físicos que se construyen utilizando diferentes arquitecturas. Este es un problema muy complejo, en realidad, encontrar la forma óptima de disponer las puertas cuánticas en un espacio físico para minimizar el ruido a nivel cuántico, sin crear tanto espacio vacío que se introduzca latencia, ineficiencia y otros problemas a resolver. 

Este es un factor que muy bien podría acelerar el progreso en la resolución de los problemas fundamentales necesarios. 

En última instancia, en mi opinión, esto se reduce a una pregunta: ¿se mantiene realmente el supuesto de que agregar más qubits físicos reduce el ruido cuando se trata de la computación y la manipulación activa de la información cuántica? 

Si ese supuesto se mantiene, y no se refuta experimentalmente en algún momento en el futuro cercano, entonces creo que hay un caso muy realista para que se produzca una computadora cuántica viable en los próximos diez años. 

Hay una cantidad masiva de recursos destinados a este problema, un progreso significativo (pero no abrumador) en la resolución de piezas del problema, y si fundamentalmente hay una manera de hacer algo, los seres humanos generalmente lo descubren. 

No estoy diciendo que sea hora de entrar en pánico, pero no descartes la posibilidad. 

Esta pieza aparece en la última edición impresa de Bitcoin Magazine, La Cuestión Cuántica. La compartimos aquí como un adelanto de las ideas exploradas a lo largo de todo el número.

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