Amazon Web Services (AWS) ha anunciado su primer chip de computación cuántica, llamado Ocelot . Esta tecnología, aunque en una fase inicial, representa un avance significativo en el desarrollo de sistemas cuánticos con corrección de errores más eficiente.
Según AWS, Ocelot permitirá construir máquinas más escalables y con menor sobrecarga de hardware en comparación con otras arquitecturas existentes. La información se basa en el anuncio oficial de AWS y un artículo publicado en la revista Nature.
Contexto de la computación cuántica
La computación cuántica es un campo en rápido desarrollo que promete revolucionar diversas industrias mediante la resolución de problemas complejos que los ordenadores convencionales no pueden abordar eficientemente. Sin embargo, uno de los principales desafíos es la corrección de errores, ya que los qubits son extremadamente sensibles a interferencias externas.
Empresas como Google e IBM han avanzado en este campo utilizando qubits superconductores llamados transmons, pero estos diseños requieren una gran cantidad de qubits para implementar algoritmos de corrección de errores. AWS ha optado por un enfoque distinto combinando qubits tipo “gato” (cat qubits) con transmons para mejorar la eficiencia del proceso.
El diseño del chip Ocelot
Arquitectura híbrida: cat qubits y transmons
Ocelot es un chip cuadrado de aproximadamente un centímetro compuesto por nueve qubits que deben ser enfriados a temperaturas criogénicas cercanas al cero absoluto para operar correctamente. De estos nueve qubits, cinco son cat qubits y cuatro son transmons.
Los cat qubits son estructuras huecas de tántalo que contienen radiación de microondas y están integradas en un chip de silicio. Su función principal es almacenar información cuántica. Por otro lado, los transmons actúan como monitores del estado de los cat qubits.
Diferencias con los enfoques de Google e IBM
AWS ha optado por una arquitectura diferente a la utilizada por Google e IBM, cuyos sistemas están basados exclusivamente en transmons. La combinación de cat qubits y transmons permite mejorar la eficiencia del proceso de corrección de errores con una menor cantidad de hardware.
Corrección eficiente de errores cuánticos
El desafío de los errores en computación cuántica
Uno de los principales obstáculos en la computación cuántica es la acumulación de errores debido a la naturaleza inestable de los qubits. Para que un ordenador cuántico sea útil, debe implementar mecanismos efectivos para corregir estos errores.
AWS logró codificar un solo bit corregido dentro de los nueve qubits del chip Ocelot, mientras que Google había requerido 105 qubits para el mismo propósito en estudios previos. Este enfoque reduce significativamente los requisitos físicos y facilita la escalabilidad.
Diferenciación entre bit flips y phase flips
En computación cuántica, existen dos tipos principales de errores:
- Bit flip: Se produce cuando un estado cuántico cambia erróneamente entre 0 y 1.
- Phase flip: Un error exclusivo de la mecánica cuántica relacionado con las propiedades ondulatorias del qubit.
AWS diseñó su sistema para que los errores predominantes fueran phase flips, lo que simplifica el proceso correctivo al necesitarse menos recursos computacionales.
Optimización mediante puertas C-NOT
AWS también optimizó las operaciones conocidas como puertas C-NOT utilizadas en la corrección de errores. Lograron minimizar el impacto negativo que estas operaciones suelen tener sobre los bit flips, manteniendo así el sistema predominantemente afectado por phase flips, lo cual permite emplear algoritmos correctivos más eficientes.
Implicaciones futuras del desarrollo cuántico de AWS
Estrategia a largo plazo
AWS comenzó a desarrollar Ocelot en 2021 como parte de una estrategia experimental dentro del campo cuántico. Inicialmente, esta línea se desarrolló en paralelo con investigaciones sobre transmons convencionales. No obstante, tras los resultados obtenidos con Ocelot, Amazon ha decidido priorizar el desarrollo basado en cat qubits.
Retos para la escalabilidad
Aunque Ocelot es una demostración temprana del potencial del diseño híbrido, escalarlo a sistemas más grandes sigue siendo un desafío considerable. Según Oskar Painter, jefe del área cuántica en AWS, todavía deben abordarse problemas técnicos como la interconexión eficiente entre múltiples chips y la gestión del cableado necesario para controlar mayores cantidades de qubits.
Competencia global y perspectivas comerciales
AWS no es la única empresa explorando esta tecnología. La startup francesa Alice & Bob también está trabajando en ordenadores cuánticos basados en cat qubits. A medida que más actores invierten en este campo, se espera una aceleración en el desarrollo de sistemas comerciales viables.
El anuncio del chip Ocelot representa un paso estratégico para AWS dentro del sector cuántico. Su enfoque basado en cat qubits podría reducir significativamente las barreras técnicas asociadas a la corrección de errores y facilitar el escalado hacia máquinas más potentes.
