Willow: El avance del chip cuántico de Google que marca un antes y un después en la computación

La computación cuántica está experimentando uno de sus momentos más emocionantes gracias a la llegada de Willow, el revolucionario chip cuántico presentado por Google en diciembre de 2024. El anuncio ha resonado a nivel mundial, no solo por su potencia de cálculo nunca vista, sino por el salto técnico que supone en la corrección de errores, uno de los talones de Aquiles históricos de esta tecnología. Pero, ¿qué implica realmente Willow para el futuro de la computación? Aquí te lo contamos con todo lujo de detalles, integrando las claves que marcan hitos tanto mediáticos como científicos.

La noticia de Willow no solo es relevante por los titulares sobre velocidad impresionante o récords de años-luz en computación. Es, sobre todo, una prueba palpable de que la ingeniería cuántica ha cruzado fronteras que, hasta hace poco, parecían insuperables. Con opiniones tanto entusiastas como cautelosas en la comunidad científica, Willow se instala en el centro del debate global y reabre la carrera hacia el ordenador cuántico práctico, útil y realmente robusto.

¿Qué es Willow y por qué ha generado tanto revuelo?

Willow es el chip cuántico de última generación creado por Google Quantum AI, que logra realizar cálculos imposibles para la computación tradicional en cuestión de minutos. Este procesador se ha convertido en el protagonista de investigaciones publicadas en la prestigiosa revista Nature y ha sido testigo de avances que, hasta su presentación, solo estaban en el terreno de la teoría.

El equipo detrás de Willow, liderado por Hartmut Neven y Michael Newman, ha logrado un doble hito: demostrar una potencia de cálculo «extraordinaria» y avanzar en la corrección exponencial de errores, dos áreas claves para acercarnos a una computación cuántica realmente funcional y escalable.

 

Potencia de cálculo: hablando en cifras astronómicas

Uno de los datos que más ha impactado es el tiempo necesario para resolver una tarea de referencia (benchmark) que desafía incluso a los superordenadores más potentes. Willow fue capaz de completar un cálculo, mediante el muestreo aleatorio de circuitos (Random Circuit Sampling o RCS), en tan solo cinco minutos. Para poner esto en perspectiva, el superordenador Frontier o cualquier otro de los más avanzados necesitaría aproximadamente 10 cuatrillones o 10 septillones de años (según el sistema de notación) para lograr el mismo resultado; una cantidad de tiempo que sobrepasa ampliamente la edad del universo conocido.

Esta diferencia abismal entre el rendimiento de Willow y la computación clásica es lo que se conoce como supremacía cuántica: la capacidad de un sistema cuántico para realizar tareas que serían, en la práctica, imposibles de abordar por ordenadores convencionales. Aunque el problema resuelto no es de aplicación práctica directa, la velocidad alcanzada simboliza un potencial impresionante para futuros desarrollos.

El reto eterno de la corrección de errores cuánticos

La computación cuántica es, por naturaleza, extremadamente sensible al ruido y a las perturbaciones del entorno. Este «ruido» provoca errores en los cúbits (las unidades mínimas de información cuántica), dificultando que la información se conserve el tiempo suficiente para completar un cálculo complejo. Tradicionalmente, cuantos más cúbits se añaden a un sistema, más probable es que aparezcan errores, lo que limita el escalado y la utilidad de los dispositivos cuánticos.

Willow cambia radicalmente el panorama: por primera vez, incrementar el número de cúbits ha supuesto una reducción exponencial de la tasa de errores. Utilizando matrices de 3×3, 5×5 y hasta 7×7 cúbits, los ingenieros han conseguido no solo mantener el sistema «por debajo del umbral» (threshold) de errores, sino también probar que es posible crear cúbits lógicos cuya vida útil supera la de los cúbits físicos individuales.

Esto significa que por primera vez un sistema cuántico se vuelve más cuántico y robusto cuanto más grande se hace, y no al revés. Este salto se consideraba la piedra angular pendiente desde 1995, cuando Peter Shor teorizó sobre la corrección de errores cuánticos. Ahora, Google Quantum AI ha conseguido que este umbral, antes solo una línea teórica, sea alcanzable en la práctica.

¿Cómo funciona la arquitectura de Willow?

Willow está construido sobre una arquitectura de cúbits superconductores, contando en sus últimas pruebas con 101 cúbits operativos dentro de una red de 105. Estos cúbits son divididos en dos categorías:

• Cúbits físicos: los elementos materiales reales responsables de procesar la información mediante efectos cuánticos.
• Cúbits lógicos: agrupaciones de cúbits físicos que, mediante corrección de errores y entrelazamiento, funcionan como unidades de información más estables y confiables.

El gran avance reside en que Willow ha logrado, mediante sofisticados algoritmos de control, sistemas de calibración y técnicas de aprendizaje automático, reducir la tasa de error de los cúbits lógicos hasta niveles jamás vistos. Las operaciones críticas se pueden realizar en tiempo real, lo que abre el camino a aplicaciones más allá de simples demostraciones experimentales.

El benchmark: muestreo aleatorio de circuitos (RCS)

Para medir la verdadera eficacia de Willow se empleó el estándar conocido como Random Circuit Sampling (RCS). Este test consiste en crear circuitos cuánticos aleatorios y comprobar si el ordenador cuántico puede imitar estadísticamente la salida esperada, algo que los sistemas clásicos solo pueden simular con recursos astronómicamente mayores.

Willow resolvió la prueba RCS en menos de cinco minutos, mientras que el mejor superordenador del mundo se enfrentaría a la tarea durante billones de años. Esta diferencia gigantesca confirma la supremacía cuántica y posiciona a Willow como un referente indiscutible en la industria.

¿Qué supone realmente el logro «por debajo del umbral»?

El término «por debajo del umbral» implica que, a medida que se agrupan más cúbits en lógicas mayores, la tasa de errores disminuye de forma exponencial y no crece. Hasta ahora, intentar hacer más grande un sistema cuántico implicaba más errores y más inestabilidad. Willow es el primer ejemplo exitoso de reversión de esta tendencia, demostrando que la corrección de errores puede mejorar el sistema globalmente.

Este avance también abre la puerta a pensar en ordenadores cuánticos mucho más grandes y funcionales, con la capacidad de ejecutar algoritmos de relevancia práctica en diversos sectores. Desde la simulación avanzada de nuevos materiales hasta la optimización energética o el desarrollo de fármacos, las posibilidades empiezan a abrirse paso.

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Aplicaciones y potencial a medio plazo

Aunque Willow es todavía un sistema experimental y no comercial, sus desarrolladores y la comunidad científica coinciden en que se trata de un paso decisivo hacia aplicaciones reales en distintos sectores. Algunas de las áreas con mayor proyección incluyen:

• Descubrimiento de medicamentos: simulación de moléculas imposibles para los sistemas tradicionales.
• Mejora en baterías y materiales para almacenamiento energético.
• Optimización de procesos industriales complejos, como el diseño de reactores de fusión nuclear.
• Inteligencia artificial y aprendizaje automático cuántico para problemas actualmente irresolubles.

Sin embargo, los expertos recalcan que todavía estamos lejos de ver un ordenador cuántico con utilidad generalizada. Lograr tasas de error suficientemente bajas para aplicaciones complejas requerirá millones de cúbits físicos y múltiples cúbits lógicos trabajando de forma conjunta y entrelazada. Willow, sin embargo, sí ha despejado la principal incógnita sobre la viabilidad del escalado cuántico.

Perspectivas del sector y la competencia tecnológica

La carrera por el liderazgo cuántico no es exclusiva de Google. IBM y Microsoft han presentado en los últimos meses novedades sustanciales, como el procesador Heron o la plataforma Qiskit, que incrementan la capacidad de ejecución de algoritmos y abren nuevas vías de desarrollo. IBM busca alcanzar la llamada «utilidad cuántica» para 2029, y el desarrollo de hardware y software cooperativo está marcando tendencia en el sector.

Atom Computing y empresas como Microsoft han anunciado también avances en la neutralización de errores y la integración de sistemas de alto rendimiento en la nube. Mientras tanto, la colaboración entre inteligencia artificial clásica y recursos cuánticos comienza a definir un modelo híbrido de computación que será clave en los próximos años.

En este contexto, Google ha conseguido situarse a la vanguardia no solo por la potencia de su hardware, sino por la validación experimental de teorías fundamentales de la computación cuántica.

Fronteras filosóficas: ¿pruebas de otros universos?

El debate sobre Willow ha ido incluso más allá de lo puramente técnico. Hartmut Neven, director de Google Quantum AI, ha sugerido que el éxito de Willow puede interpretarse, según algunas teorías como la de muchos mundos de la mecánica cuántica, como una evidencia indirecta de la existencia de universos paralelos. Según esta interpretación, el paralelismo cuántico implicaría que los ordenadores cuánticos logran sus resultados aprovechando interferencias entre diferentes «ramas» de la realidad.

Es importante aplicar cautela: otros especialistas matizan que no hay pruebas concluyentes de la existencia del multiverso y existen múltiples interpretaciones válidas de la mecánica cuántica (como la de Copenhague, o las teorías de variables ocultas). Aun así, el poder de Willow sí refuerza la idea de que la física cuántica, en su complejidad, es la llave de la próxima revolución tecnológica.

Limitaciones actuales y retos por superar

Willow, a pesar de sus éxitos, sigue siendo experimental y tiene aún importantes limitaciones:

• Tasas de error actuales: aunque se ha demostrado una reducción sin precedentes, las tasas siguen siendo altas para operaciones útiles a gran escala.
• Escalabilidad: pasar de un cúbit lógico a una red de cúbits lógicos entrelazados requerirá millones de cúbits físicos y una precisión aún mayor.
• Aplicaciones prácticas: la prueba de supremacía cuántica se ha realizado sobre tareas diseñadas específicamente para ordenadores cuánticos, no sobre problemas del mundo real.

Los propios investigadores de Google insisten en que aún quedan muchos obstáculos, tanto técnicos como de ingeniería, antes de alcanzar un ordenador cuántico plenamente funcional y comercialmente útil. Pero las bases ya están sentadas.

El contexto internacional y la inversión en computación cuántica

La computación cuántica se ha convertido en un campo estratégico a nivel mundial. Estados Unidos, China y la Unión Europea, así como grandes empresas tecnológicas y fondos privados, han invertido decenas de miles de millones de dólares en la última década para avanzar en este terreno. El lanzamiento de Willow, y la visibilidad mediática de su éxito, son un reflejo del altísimo valor que la industria y los gobiernos otorgan a la tecnología cuántica.

El CEO de Google, Sundar Pichai, ha destacado que Willow es un paso fundamental hacia la creación de ordenadores cuánticos útiles, con aplicaciones en descubrimiento de fármacos, energía de fusión, diseño avanzado de baterías y mucho más. Las perspectivas de futuro, aunque cautas, son abiertamente ambiciosas.

Una mirada al futuro: ¿cuándo dispondremos de un ordenador cuántico útil?

La llegada de Willow no implica que vayamos a ver ordenadores cuánticos rescatando problemas complejos de forma cotidiana en los próximos años. Expertos como Carlos Sabín recalcan que para tareas de relevancia industrial serían necesarios miles de cúbits lógicos y millones de cúbits físicos perfectamente sincronizados y corregidos. Aun así, la base experimental lograda con Willow es la validación más contundente hasta la fecha de que este objetivo es alcanzable.

El propio laboratorio de Google Quantum AI evita lanzar fechas concretas, pero su hoja de ruta apunta a que las primeras aplicaciones prácticas, especialmente en simulaciones químicas y optimización de materiales, podrían llegar «en una o dos décadas», dependiendo de la velocidad de nuevos avances.

Willow de Google ha dado el pistoletazo de salida a una nueva etapa en la computación cuántica: la fase en la que la corrección de errores deja de ser el principal obstáculo insalvable y se convierte en una herramienta práctica para escalar sistemas cuánticos. Aunque aún estamos lejos del ordenador cuántico universal y útil para cualquier tarea, el camino se ha aclarado notablemente. Es muy probable que los próximos años vean avances aún más espectaculares en la carrera cuántica, cambiando para siempre la manera en que entendemos y resolvemos los grandes desafíos científicos y tecnológicos.