Google Quantum AI ha demostrado en su procesador Willow que el «cultivo» de estados mágicos funciona en un chip real. Los estados mágicos son la pieza que necesita un ordenador cuántico para hacer cualquier cálculo, no solo los fáciles, y fabricarlos sin errores es de lo más caro del oficio. Con el cultivo, el error de esos estados baja unas 40 veces y la fidelidad llega a al menos el 99.99 %. El trabajo se publicó el 15 de octubre en la revista Science.
Un ordenador cuántico útil tiene que corregir sus propios errores, y para eso codifica cada cúbit «lógico» en muchos cúbits físicos. Con esa protección, las operaciones más sencillas, las llamadas de Clifford, salen relativamente baratas. Pero con ellas solas no se puede hacer nada que un ordenador normal no pueda simular. Para dar el salto hace falta otra operación, la puerta T, y la forma práctica de aplicarla con corrección de errores es consumir un estado mágico preparado aparte. Cada uno sirve una sola vez, y un algoritmo grande necesita millones.
El método clásico para fabricarlos, la destilación, se conoce desde 2004: se toman muchos estados con errores y se combinan para sacar unos pocos más limpios. Funciona, pero cuesta tanto que, según Google, algunas estimaciones reservan para ella hasta el 95 % de la capacidad de la máquina. En 2024, tres investigadores de Google, Craig Gidney, Noah Shutty y Cody Jones, propusieron una alternativa sobre el papel: el cultivo. Ahora lo han probado en el hardware.
Claves del cultivo de estados mágicos en Willow
- Un filtro, no una fábrica: el cultivo inyecta un estado ruidoso en una zona pequeña del chip, un código de color de distancia 3 con siete cúbits de datos, y le hace una serie de comprobaciones. Si alguna detecta un error, el intento se tira y se empieza de nuevo. Lo que pasa todos los filtros es un estado mucho más puro.
- 40 veces menos error: comparado con inyectar el estado sin cultivarlo, el error baja unas 40 veces. El error lógico del circuito completo queda entre 1 y 2 por cada 10,000, por debajo del de cada una de las 216 puertas de dos cúbits y las 54 medidas que lo forman.
- El precio, en intentos: para llegar a esa fidelidad solo se conserva el 8 % de los intentos; el resto se descarta. Es el peaje del método, y lo que tendrán que bajar los siguientes experimentos.
- Una medida que se medía mal: durante las pruebas, la investigadora Emma Rosenfeld obtenía datos que parecían imposibles. Tras meses de comprobaciones, el culpable resultó ser el ruido del propio laboratorio, por la deriva de los equipos eléctricos y los cambios de temperatura, que invalidaba la técnica de medida habitual. El equipo inventó otra que usa el propio cultivo para medirse a sí mismo, y afinó la calibración del chip con aprendizaje por refuerzo.
- Del código pequeño al grande: un estado mágico no sirve de mucho encerrado en un código de distancia 3. Por eso el equipo también lo «injertó» en un código de superficie de distancia 5, el tipo de código que Google usa para sus cúbits lógicos, en un experimento con 54 cúbits. Fue una primera prueba de que el estado sobrevive al cambio.
- Willow, el mismo chip: es el procesador de 105 cúbits superconductores que Google presentó en 2024. Según el artículo, la fidelidad obtenida es parecida a la de las mejores demostraciones con iones atrapados, pero con la velocidad de los circuitos superconductores.
Un cuello de botella que se abre, pero no se rompe el cifrado
Lo importante no es la cifra récord, sino el coste. El artículo teórico de 2024 calculaba que el cultivo usa más o menos las mismas puertas que una operación CNOT de la misma fiabilidad, y se atrevía a decir que, en la práctica, quizá nunca haga falta volver a destilar. Si eso se confirma a mayor escala, la parte del ordenador cuántico dedicada a fabricar estados mágicos se reduce mucho, y con ella el tamaño de la máquina necesaria para problemas útiles. Además, el método mejora deprisa con el hardware: según el artículo, la infidelidad cae con el cubo del ruido de los cúbits, así que reducir ese ruido a la mitad la bajaría a unos 2 por cada 100,000.
Conviene no confundirlo con una amenaza inmediata para el cifrado. Willow tiene 105 cúbits, y la estimación más conocida para romper una clave RSA de 2048 bits, publicada por el propio Gidney en 2025, habla de menos de un millón de cúbits con ruido. El cultivo abarata una parte de esa cuenta, pero la distancia sigue siendo de varios órdenes de magnitud. Tampoco está todo resuelto en el propio experimento: cuando el estado ya injertado se dejó esperando en el código de superficie, sus errores fueron unas siete veces mayores de lo que predecían las simulaciones, probablemente por fugas de los cúbits a niveles de energía que no deberían ocupar. Google lo reconoce: falta demostrar el cultivo a mayor escala y quedan muchos retos técnicos.
La carrera por abaratar las operaciones cuánticas avanza por varios frentes a la vez. Hace unos días contamos cómo Claude diseñó, con Harvard y QuEra, circuitos cuánticos más eficientes que los mejores publicados.
Google ha convertido una idea de 2024 en un experimento: en un chip real, el cultivo da estados mágicos con un error de alrededor de uno por cada 10,000, 40 veces menos que sin él. Es un paso pequeño en tamaño y grande en coste, porque ataca el gasto que más pesaba en los planos de un ordenador cuántico corregido. El siguiente reto es repetirlo a más escala y con menos intentos descartados.
Más fuentes: artículo en Science, preprint del experimento en arXiv y propuesta teórica del cultivo (Gidney, Shutty y Jones, 2024). Imagen de portada: el chip Willow, imagen de Google Quantum AI.