Revista Bitcoin The Quantum Issue: Realmente nunca se sabe el futuro De The Quantum Issue: Shinobi considera por qué podría ser posible que se construya una computadora cuántica viable en un futuro cercano.
Revista Bitcoin
La cuestión cuántica: nunca se sabe realmente el futuro
La gente lleva más de una década debatiendo si una computadora cuántica representa una amenaza realista para la red Bitcoin. Fue un tema de conversación serio hace más de 13 años, cuando descubrí Bitcoin por primera vez.
Ha habido bastante progreso, tanto en términos de teoría como de ingeniería del mundo real, desde hace mucho tiempo, cuando yo era sólo un idiota torpe que intentaba descubrir qué estaba pasando aquí.
Desde entonces se han alcanzado dos hitos importantes que marcan una diferencia sustancial en la probabilidad de que se produzca realmente una computadora cuántica viable en algún momento de la próxima década. Eso no significa intrínsecamente que alcanzará un punto de ubicuidad, o incluso de relativa facilidad de acceso para quienes tienen grandes cantidades de capital.
Pero es muy posible que en un futuro próximo se produzcan varias máquinas viables.
Mejoras en la corrección de errores
La primera mejora importante ha sido la corrección de errores. Para tener en cuenta el ruido inherente al trabajar con cosas a esta pequeña escala, 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 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 "verifican" a sus vecinos para garantizar que no se hayan producido errores internos en la superposición (sin colapsar la superposición). Los espacios vacíos de cada cuadrícula deben llenarse con qubits de verificación.
Este requisito de qubit de verificación crea una sobrecarga adicional que puede acercarse a 1000 qubits físicos por qubit lógico en total, y empeora a escala porque los qubits de verificación solo pueden verificar los qubits inmediatamente al lado de ellos. Por lo tanto, cada grupo de qubits debe tener fichas en espacios equidistantes.
Los códigos cuánticos de verificación de paridad de baja densidad (qLDPC) eliminan este cuello de botella, lo que permite que los qubits de verificación verifiquen otros qubits a grandes distancias (ya sea a través de trazas entrelazadas para comunicarse entre secciones del chip o moviendo físicamente átomos como en el diseño de átomo neutro) a través del dispositivo. Esto ha permitido reducir 10 veces la cantidad de qubits físicos necesarios para producir un qubit lógico confiable.
Eso no es algo despreciable. Si bien puede que no sea una máquina completamente funcional que esté avanzando hacia una mayor eficiencia, son las ganancias de eficiencia material en los procesos de ingeniería las que subyacen a la producción de una computadora cuántica completamente funcional.
Progreso en la demostración de los fundamentos
La segunda tiene que ver con una cuestión más fundamental en torno a la afirmación de que agregar más qubits físicos conduce a una reducción del ruido general en el sistema en lugar de un aumento. En realidad, en este momento esto sigue siendo una 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 es incapaz de realizar.
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 cómo realizar cálculos, sino simplemente una demostración de cómo almacenar información en la memoria sin que se descomponga.
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, disminuía a medida que aumentaba el recuento de qubits físicos. Esta prueba superó un umbral crítico, donde el qubit lógico creado a partir de los qubits físicos independientes mantuvo la coherencia durante más tiempo que cualquier qubit físico individual.qubit del que estaba compuesto.
Ahora bien, esto no es un salto a una computadora cuántica completamente funcional que realice cálculos que las máquinas clásicas son incapaces de realizar, sino que es un progreso material que demuestra una de las suposiciones fundamentales que subyacen a las computadoras cuánticas.
AI
Estas tampoco son las únicas cosas para las que estamos encontrando mejores soluciones en este espacio de problemas. La inteligencia artificial se ha convertido en un componente importante de estos sistemas. Se está utilizando en el proceso real de lectura y decodificación de información de una computadora cuántica, un gran obstáculo para su uso 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 que ayuda a resolver (o incluso refutar conjeturas existentes) problemas importantes en el campo de las matemáticas, no es realmente un salto tan descabellado considerar la posibilidad de grandes avances provocados por la IA.
Se les está dando el mismo uso en el diseño de los circuitos cuánticos físicos reales que se construyen utilizando diferentes arquitecturas. En realidad, este es un problema muy complejo: encontrar la manera óptima de diseñar puertas cuánticas en un espacio físico para minimizar el ruido a nivel cuántico, sin crear tanto espacio vacío que introduzca latencia, ineficiencia y otros problemas que resolver.
Este es un factor que muy bien podría acelerar el progreso en la solución de los problemas fundamentales necesarios.
Perspectivas futuras
En última instancia, en mi opinión, esto se reduce a una pregunta: ¿la suposición de que agregar más qubits físicos reduce el ruido realmente se cumple cuando se trata de computación y manipulación activa de información cuántica?
Si esa suposición se cumple y no se refuta experimentalmente en un futuro próximo, entonces creo que hay argumentos muy realistas para que se produzca una computadora cuántica viable en los próximos diez años.
Se está invirtiendo una enorme cantidad de recursos en este problema, un progreso significativo (pero no abrumador) en la solución de partes del problema, y si fundamentalmente hay una manera de hacer algo, los seres humanos generalmente lo descubren.
No digo que sea hora de entrar en pánico, pero no descarte la posibilidad.
Este artículo aparece en la última edición impresa de la revista Bitcoin, The Quantum Issue. Lo compartimos aquí como un vistazo temprano a las ideas exploradas a lo largo de todo el número.