Vea También
 |
| Diagrama esquemático del chip Zuchongzhi-3. 105 qubits y 182 acopladores están integrados en el mismo chip para realizar tareas de muestreo de circuitos aleatorios cuánticos. Crédito: USTC |
El campo de la computación cuántica ha alcanzado un hito sin precedentes con el desarrollo de Zuchongzhi-3, un prototipo de ordenador cuántico superconductor que cuenta con 105 qubits y 182 acopladores. Desarrollado por un equipo de investigación pionero de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC), Zuchongzhi-3 ha establecido un nuevo hito en el muestreo de circuitos cuánticos aleatorios y la velocidad de cálculo, superando a los superordenadores clásicos en unos asombrosos 15 órdenes de magnitud.
Zuchongzhi-3 funciona a una velocidad 1015 veces superior a la de los superordenadores más avanzados del mundo y un millón de veces más rápido que los últimos resultados de computación cuántica publicados por Google. Este notable avance sigue al éxito de Zuchongzhi-2 y consolida aún más la posición del USTC como líder mundial en investigación cuántica. Los resultados de la investigación se publicaron como artículo de portada en Physical Review Letters, destacando su importancia científica.
La supremacía cuántica se refiere a la capacidad de un ordenador cuántico para resolver problemas que son prácticamente inviables para los ordenadores clásicos. En 2019, el procesador Sycamore de Google, un sistema de 53 qubits, demostró esta supremacía realizando una tarea de muestreo aleatorio de circuitos en 200 segundos, lo que habría llevado 10.000 años a un superordenador convencional.
Sin embargo, en 2023, el USTC demostró un algoritmo clásico optimizado que completaba la misma tarea en 14 segundos utilizando 1.400 GPU A100. Con los superordenadores Frontier aprovechando la capacidad de memoria mejorada, se estimó que la misma tarea sólo llevaría 1,6 segundos, desafiando la afirmación inicial de Google sobre la supremacía del cálculo cuántico.
En 2020, el USTC sentó un nuevo precedente con el prototipo de computación cuántica fotónica Jiuzhang, logrando la primera supremacía cuántica rigurosamente probada. En 2021, Zuchongzhi-2 supuso un gran avance en el sistema superconductor.
En 2023, el Jiuzhang-3 de 255 fotones demostró aún más la supremacía cuántica, superando en 1016 veces a los mejores superordenadores clásicos. En octubre de 2024, el procesador Sycamore de 67 qubits de Google volvió a alcanzar la supremacía cuántica, superando la computación clásica en nueve órdenes de magnitud.
Sobre la base de su predecesor, Zuchongzhi-2 (66 qubits), el equipo de investigación del USTC mejoró significativamente las principales métricas de rendimiento para desarrollar Zuchongzhi-3, que cuenta con:
- 105 qubits y 182 acopladores
- Tiempo de coherencia de 72 μs
- Fidelidad de la puerta de un solo qubit en paralelo: 99,90
- Fidelidad de la puerta paralela de dos qubits: 99,62
- Fidelidad de lectura paralela: 99,13
Para evaluar su rendimiento, el equipo de investigación llevó a cabo una tarea de muestreo de circuitos aleatorios de 83 qubits y 32 capas utilizando Zuchongzhi-3. Los resultados mostraron una velocidad de cálculo 15 órdenes de magnitud superior a la del superordenador clásico más potente del mundo. Además, superó en seis órdenes de magnitud los últimos resultados de computación cuántica de Google de octubre de 2024. Se trata de la mayor ventaja computacional cuántica jamás registrada en un sistema superconductor.
Con el éxito de Zuchongzhi-3, el equipo de investigación está avanzando en los estudios sobre corrección cuántica de errores, entrelazamiento cuántico, simulación cuántica y química cuántica. Al adoptar una arquitectura de qubits de rejilla 2D, el prototipo mejora la velocidad de transferencia de datos y la eficiencia de las interconexiones de qubits.
El equipo ha integrado un código de superficie de distancia 7 para la corrección cuántica de errores, con planes para aumentar esta distancia a 9 y 11. Estas mejoras allanan el camino para la integración y manipulación masiva de bits cuánticos, un paso crucial hacia la computación cuántica práctica a gran escala.
La investigación de Zuchongzhi-3 ha recibido el reconocimiento general de la comunidad científica. Un crítico de Physical Review Letters lo describió como «la evaluación comparativa de un nuevo ordenador cuántico superconductor, que muestra un rendimiento de vanguardia», reconociéndolo como un salto significativo respecto a Zuchongzhi-2.
El equipo, dirigido por los destacados científicos Pan Jianwei, Zhu Xiaobo y Peng Chengzhi, colaboró con instituciones como el Centro de Investigación de Ciencias Cuánticas de Shanghai, el Laboratorio Clave de Información Cuántica y Criptografía de Henan, el Instituto Nacional de Metrología de China, el Instituto de Tecnología Cuántica de Jinan, la Escuela de Microelectrónica de la Universidad de Xidian y el Instituto de Física Teórica de la Academia China de Ciencias.