Google vuelve a agitar el tablero de la computación cuántica con un anuncio que suena técnico, pero que, en el fondo, tiene mucho que ver con la salud, la energía y hasta con las futuras baterías de los coches eléctricos. Su equipo de Google Quantum AI ha presentado el algoritmo Quantum Echoes, ejecutado en su chip cuántico Willow, capaz de hacer ciertos cálculos unas 13.000 veces más rápido que los mejores superordenadores actuales.
¿Para qué sirve correr tan rápido si no vas a ninguna parte? Aquí la respuesta es clara. Quantum Echoes se ha usado ya para calcular la estructura de moléculas y, según la propia compañía, abre una vía real hacia aplicaciones en descubrimiento de fármacos y ciencia de materiales.
Qué ha conseguido realmente Quantum Echoes
La mayoría de algoritmos cuánticos se estrellan con un problema práctico. Cuando el sistema cuántico se hace muy grande, la información se “mezcla” y las medidas tradicionales dejan de ver los detalles finos de la dinámica interna. Es como intentar seguir una gota de tinta en un vaso de agua cuando ya se ha disuelto por completo.
El trabajo publicado en Nature se centra en una familia de observables llamados OTOC de segundo orden, una herramienta para medir cómo se dispersa y se vuelve a concentrar la información en un sistema cuántico muy entrelazado. Para ello usan una receta peculiar. Hacen evolucionar el procesador cuántico hacia delante en el tiempo, lo “perturban”, y luego revierten esa evolución para escuchar el eco cuántico que regresa.
La clave es que, gracias a interferencias constructivas entre muchas trayectorias cuánticas, ese eco no se diluye, sino que se refuerza y sigue siendo sensible a los detalles microscópicos incluso cuando el sistema está muy caótico. Los autores muestran que estos OTOC de orden superior son, a la vez, muy informativos y extremadamente difíciles de simular con algoritmos clásicos. De hecho, estiman que reproducir en el superordenador Frontier un solo circuito de referencia llevaría unos 3,2 años de cálculo frente a unas pocas horas en Willow, lo que da ese factor de unas 13.000 veces de diferencia.
Hartmut Neven, responsable de Google Quantum AI, lo resume como “la primera vez en la historia que un ordenador cuántico ejecuta un algoritmo verificable por encima de las supercomputadoras”, es decir, un experimento que no solo va más allá de lo clásico, sino que además puede repetirse y comprobarse en otro dispositivo cuántico similar.
De los ecos cuánticos a las moléculas reales
Todo esto suena muy abstracto, así que los investigadores han dado un paso más cercano a la química cotidiana. En colaboración con la Universidad de California en Berkeley, han usado Quantum Echoes como una especie de “regla molecular” aplicada a datos de resonancia magnética nuclear, la técnica NMR que actúa como un microscopio molecular y que se usa para deducir la estructura de muchas moléculas.
Con Willow estudiaron dos moléculas, una de 15 átomos y otra de 28. Los resultados cuánticos coincidieron con los obtenidos por NMR tradicional y, además, revelaron información adicional sobre la estructura que normalmente no se extrae de un escaneo estándar.
¿Y qué significa esto en la práctica para quien vive en la UE, toma medicación y mira de reojo la contaminación del aire? Que, si estas técnicas maduran, podrían servir para entender mejor cómo se unen los medicamentos a sus dianas biológicas, algo central en el diseño de fármacos más eficaces y con menos efectos secundarios. También podrían ayudar a caracterizar materiales complejos, como nuevos polímeros o componentes de baterías, sin tener que pasar por tantos ciclos de prueba y error en el laboratorio.
Menos pruebas a ciegas suele significar menos consumo de reactivos, menos residuos y menos energía invertida en procesos de ensayo, algo que no es poca cosa cuando hablamos de grandes farmacéuticas o plantas químicas.
Ventaja cuántica con matices
La palabra de moda es “ventaja cuántica”, ese punto en el que un ordenador cuántico supera a uno clásico en una tarea concreta. Google ya había reclamado algo parecido en 2019 y otros grupos han presentado demostraciones propias. En varios casos, sin embargo, equipos de simulación clásica han acabado alcanzando o acercándose a esos resultados, lo que ha generado escepticismo en parte de la comunidad científica.
En esta ocasión, el énfasis está en que la tarea es, según los autores, doblemente exigente. Por un lado, el observable que se mide es muy difícil de aproximar de forma fiable con algoritmos clásicos. Por otro, la señal cuántica se mantiene lo bastante limpia como para medirla con buena precisión, gracias a las mejoras de hardware del chip Willow.
Aun así, los propios investigadores admiten que los circuitos usados son un “modelo de juguete” y que falta el salto a sistemas físicos plenamente relevantes, como muestras sólidas complejas o biomoléculas de gran tamaño. En otras palabras, el reloj de la política científica y de la industria va más despacio que el de los titulares.
Qué debería tener en cuenta el lector
Para quien solo quiere saber si esto cambiará su tratamiento médico o la factura de la luz el año que viene, la respuesta honesta es que no. Quantum Echoes es una prueba de concepto poderosa, pero las aplicaciones prácticas en descubrimiento de fármacos, materiales para energías renovables o procesos industriales más limpios siguen estando a varios años vista, según reconoce el propio equipo de Google.
Lo que sí muestra este trabajo es que empiezan a existir tareas científicas bien definidas que un procesador cuántico actual puede resolver con más rapidez y con un nivel de detalle difícil de alcanzar con superordenadores convencionales. Si esa capacidad se traslada de forma fiable a problemas reales de química y materiales, puede convertirse en una herramienta clave para diseñar medicamentos más precisos, baterías más duraderas o nuevos materiales para paneles solares y reactores de fusión, con menos consumo de recursos durante el proceso de diseño.
El estudio completo ha sido publicado en la revista Nature y puede consultarse en el artículo Observation of constructive interference at the edge of quantum ergodicity.
