IBM procesa en 19 segundos lo que a Frontier tomaría 110 años

Investigadores solicitaron al procesador cuántico Nighthawk r2 de IBM ejecutar un experimento conocido como muestreo de circuitos aleatorios. La prueba consistió en aplicar 36 rondas de operaciones a 61 qubits, generando 918 interacciones entre pares de bits. El dispositivo produjo un millón de resultados en apenas 19 segundos.

Este procedimiento no resuelve problemas prácticos cotidianos, sino que funciona como una prueba de estrés para determinar si una máquina cuántica puede crear patrones de resultados extremadamente difíciles de reproducir por computadoras convencionales. Aunque cualquier portátil puede generar cadenas de ceros y unos rápidamente, el desafío radica en replicar el patrón de probabilidad específico creado por el circuito cuántico tras las interacciones entre los qubits.

Estimación del tiempo clásico

Tigran Sedrakyan, líder del equipo de investigación de BlueQubit, empresa de software y plataforma en la nube con sede en San Francisco, calculó que generar un millón de muestras con fidelidad comparable mediante un método de simulación clásico específico requeriría aproximadamente 110 años en Frontier, una de las supercomputadoras más potentes del mundo.

Los hallazgos, descritos en un preprint aún no revisado por pares, marcan un hito en la carrera por la ventaja cuántica: el punto donde una computadora cuántica supera el alcance práctico de las máquinas convencionales en tareas específicas. A diferencia de demostraciones anteriores, este experimento utilizó un procesador disponible para investigadores externos a través de la plataforma en la nube de IBM, en lugar de una máquina construida exclusivamente para laboratorios.

Verificación sin cálculo completo

Para validar los resultados, los científicos enfrentaron el problema de cómo comprobar respuestas que son demasiado difíciles de calcular directamente. Primero, crearon versiones "parcheadas" del circuito, dividiendo el sistema en tres o cuatro grupos más pequeños cortando deliberadamente algunas conexiones. Estas piezas menores permitían simulaciones exactas en computadoras clásicas, sirviendo como referencia para estimar la fidelidad del circuito completo.

La segunda verificación empleó circuitos espejo, haciendo que la máquina cuántica ejecutara una secuencia de operaciones y luego su reverso exacto. En una máquina ideal, la segunda mitad debería deshacer la primera y devolver los qubits a su estado inicial. La distancia respecto a ese punto indicaba la acumulación de ruido y errores, sin necesidad de que una computadora clásica calculara la salida cuántica completa.

Ambas pruebas arrojaron resultados coincidentes a medida que los circuitos se profundizaban, confirmando el comportamiento esperado. Con 36 ciclos, la señal cuántica sobreviviente alcanzó una fidelidad del 0,23 por ciento. Aunque esta cifra parece baja comparada con métricas de precisión tradicionales, representa un rastro medible del patrón cuántico ideal suficiente para detectar la ventaja computacional, dado que el costo de simulación clásica se vuelve prohibitivo mientras la señal permanece detectable.

Velocidad de reinicio del hardware

El nuevo hardware de IBM explica la rapidez en la recolección de datos. El Nighthawk r2 posee 120 qubits programables, pero su mayor mejora frente a los procesadores Heron de generación anterior no es solo el tamaño, sino la velocidad de reinicio. Los experimentos cuánticos requieren repetición intensiva: ejecutar, medir, resetear y volver a comenzar miles o millones de veces.

Mientras que en Heron el ciclo estaba limitado por el tiempo necesario para asegurar que los qubits se estabilizaran, el Nighthawk r2 utiliza un mecanismo de reinicio dedicado que drena activamente energía de cada qubit, reduciendo el tiempo de espera entre ejecuciones a tan solo un microsegundo. IBM afirma que este procesador puede ejecutar más de 100.000 circuitos por segundo, frente a los aproximadamente 4.000 por segundo de Heron. Una serie de ejecuciones que ocuparía a Heron durante unos 25 segundos podría pasar por el Nighthawk r2 en alrededor de uno.

Contexto histórico de la ventaja

La definición de ventaja cuántica ha sido un objetivo móvil. En el experimento Sycamore de Google de 2019, un procesador de 53 qubits generó muestras en unos 200 segundos que se estimó requerirían 10.000 años en una supercomputadora. Sin embargo, esa afirmación fue disputada inmediatamente; para 2021, un equipo que usaba la supercomputadora Sunway de China reportó un algoritmo capaz de simular la tarea de muestreo de Sycamore en unos 304 segundos en plataformas de cómputo convencional.

Experimentos posteriores, incluido un estudio de Google de 67 qubits publicado en Nature en 2024, han prestado mayor atención al ruido y a estrategias clásicas capaces de imitar puntuaciones de referencia. El nuevo estudio reconoce que la cifra de 110 años asume una simulación específica de red tensorial y memoria ilimitada. Mejores algoritmos, reutilización de cálculos intermedios y otras estrategias de aproximación podrían reducir sustancialmente ese número, algo que los autores señalan explícitamente basándose en precedentes históricos.

El Nighthawk r2 no ha hecho obsoletas a las supercomputadoras clásicas ni ha resuelto un problema comercialmente útil. No obstante, ha movido una frontera importante: un experimento cuántico que parece extraordinariamente costoso de reproducir clásicamente ahora puede ejecutarse en segundos en hardware accesible vía nube, permitiendo a los investigadores desafiar los resultados por sí mismos. Los hallazgos fueron descritos en el servidor de preprints arXiv.