El chip cuántico Willow de Google demuestra supremacía cuántica verificable en hardware

• "Un gran paso hacia aplicaciones reales de la computación cuántica: el algoritmo ‘Quantum Echoes’ de Google"
• El algoritmo Quantum Echoes funciona en el chip cuántico Willow de Google y fue presentado como el primer caso del mundo en lograr una ventaja cuántica verificable (Verifiable)
• Este algoritmo puede calcular estructuras moleculares y simular sistemas de la naturaleza, mostrando un rendimiento 13,000 veces superior al de las supercomputadoras ultrarrápidas convencionales
• Quantum Echoes mide devolviendo el ‘eco’ de una señal cuántica, amplificando interferencias diminutas para hacer posibles cálculos de precisión extrema
• En experimentos realizados en colaboración con UC Berkeley, predijo con precisión la estructura geométrica de moléculas y también captó información sobre distancias intermoleculares que no podía obtenerse con métodos NMR tradicionales
• Este logro es evaluado como un punto de inflexión importante para la entrada de la computación cuántica en sectores industriales reales como desarrollo de fármacos, ciencia de materiales e investigación en fusión nuclear

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Aparición e importancia del algoritmo Quantum Echoes

• Con esta investigación, Google demostró que una computadora cuántica puede superar a una supercomputadora ultrarrápida y aun así permitir la verificación de los resultados
  • Esto no significa solo “supremacía cuántica (Quantum Supremacy)”, sino un cálculo ‘verificable’ en el que el mismo resultado puede reproducirse en experimentos repetidos
• El algoritmo OTOC (Out-of-Time-Order Correlator) implementado en el chip Willow funciona avanzando la señal, perturbando luego un qubit y haciéndola regresar en sentido inverso para medir el ‘eco’
  • Gracias al efecto de interferencia cuántica (constructive interference), la señal se amplifica y es posible detectar incluso cambios minúsculos
• El chip Willow usa una disposición de 105 qubits y logra esta medición precisa mediante bajas tasas de error y alta velocidad de operación

El chip Willow y su base tecnológica

• Willow es el chip cuántico más reciente presentado por Google en 2024, una plataforma que mejoró de forma importante las técnicas de supresión de errores y resolvió un desafío pendiente durante unos 30 años
• En el benchmark previo de Random Circuit Sampling, Willow ya había demostrado un rendimiento sobresaliente al maximizar la complejidad del estado cuántico
• Quantum Echoes no es un simple experimento de complejidad, sino una nueva forma de cálculo que modela experimentos físicos, una prueba desafiante que exige verificar tanto precisión como complejidad

Cálculo de estructuras moleculares y validación experimental

• Google y UC Berkeley realizaron en conjunto un experimento de cálculo de geometría molecular basado en computación cuántica
  • Aplicaron el algoritmo Quantum Echoes a dos moléculas compuestas por 15 y 28 átomos
  • Los resultados coincidieron con los de NMR (resonancia magnética nuclear) y además obtuvieron nueva información sobre distancias intermoleculares que no podía observarse con técnicas existentes
• Con esto, se demostró que Quantum Echoes podría convertirse en una nueva herramienta capaz de medir estructuras como una ‘regla molecular’
  • En particular, tiene gran potencial para el análisis de nuevos materiales como estructuras de unión de fármacos, materiales para baterías y polímeros

Avance hacia aplicaciones reales

• Este logro es considerado la primera señal de que las computadoras cuánticas pueden acercarse a la resolución de problemas industriales reales en medicina, ciencias de la vida e investigación de materiales
• Quantum Echoes es un caso demostrativo que muestra que una máquina cuántica puede modelar con precisión las interacciones de la naturaleza
  • Ejemplos: análisis de cómo un candidato a fármaco se une a una proteína, o identificación del arreglo molecular de nuevos materiales conductores
• Actualmente Google avanza hacia ‘Milestone 3’, es decir, la implementación de un logical qubit de larga duración
  • Este es un paso clave que conducirá en el futuro al desarrollo de una computadora cuántica con corrección total de errores

Perspectivas futuras

• Quantum Echoes queda registrado como el primer estudio que demuestra al mismo tiempo los tres elementos de la computación cuántica: precisión, reproducibilidad y aplicabilidad
• Con esta investigación, Google presenta el concepto de un “quantum-scope”, planteando la posibilidad de una nueva herramienta para explorar fenómenos naturales que antes no podían observarse
• Estos avances son vistos como un punto de inflexión que anuncia que la tecnología cuántica ha pasado de la fase de laboratorio a la etapa de aplicación industrial

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Comentarios de Hacker News

• Si tuviera Bitcoin, estaría bastante preocupado por el avance de las computadoras cuánticas después de ver la charla de DEFCON (https://www.youtube.com/watch?v=OkVYJx1iLNs)
  • Ciertos esquemas de criptografía de clave pública son vulnerables a algoritmos cuánticos, pero las partes centrales de la blockchain de Bitcoin no se ven afectadas directamente. Incluso romper una sola clave privada con una computadora cuántica tomaría de días a semanas, así que habría suficiente advertencia previa. Pero me preocupa más la seguridad de la mensajería cifrada de extremo a extremo como WhatsApp y Signal. Los mensajes recolectados en tránsito podrían descifrarse en el futuro, así que conviene migrar rápido a cifrados más fuertes. Signal recientemente mostró un avance importante en este tema (https://arstechnica.com/security/2025/10/why-signals-post-quantum-makeover-is-an-amazing-engineering-achievement/) (https://arxiv.org/pdf/2505.15917)
  • La amenaza de la computación cuántica ya es un problema ampliamente reconocido. Hay tiempo suficiente para resolverlo y se sigue trabajando en mitigaciones en todo el mundo. Si te preocupan los ataques criptográficos cuánticos, entonces no solo estarían en riesgo las criptomonedas, sino también los bancos, cuentas de corretaje, correo electrónico, SMS y prácticamente todos los servicios digitales
  • Cada vez que mencioné que la computación cuántica representa una amenaza para la seguridad de las criptomonedas, siempre recibí mucha oposición. Es uno de esos momentos en los que sientes cuántos HODLers (inversionistas en criptomonedas) hay por ahí. Al final, invertir en criptomonedas es en cierta medida apostar a que la computación cuántica no se materialice
• ¿La expresión “verifiable” significa “si lo ejecutas dos veces y sale el mismo resultado ya está”? La verificabilidad cuántica sería que la misma respuesta pueda reproducirse repetidamente en esa computadora cuántica o en otra del mismo nivel, generando confianza
  • Según entiendo, la “verificabilidad” significa que también debe poder demostrarse teóricamente a un escéptico que solo usa computadoras clásicas que el dispositivo cuántico funcionó correctamente. Es algo que requiere pruebas rigurosas, como Mahadev (https://arxiv.org/abs/1804.01082) o Aaronson (https://arxiv.org/abs/2209.06930). Los experimentos anteriores de RCS no tenían esa capacidad, así que si esto fuera “supremacía cuántica verificable” sería un gran avance, pero en el paper no se menciona mucho al respecto. A diferencia del comunicado de prensa, más que demostrar supremacía, solo parece mostrar una "dirección prometedora"
  • En ninguna parte del paper se aborda claramente el concepto mismo de “verifiability”. Por lo que entendí, los experimentos anteriores de supremacía cuántica trataban de muestrear una distribución probabilística compleja, y verificar si salió bien era complicado. En cambio, en este experimento los valores medidos salen como cifras claras (por ejemplo, comparables directamente con otros sistemas experimentales o computadoras), así que el valor medido en sí puede compararse. Eso sí, en los experimentos anteriores los valores esperados de las muestras estaban todos cerca de 0, por lo que era difícil observar algo en la práctica. Aclaro que esta interpretación es mi suposición, porque no hay una explicación oficial
  • Significa ir más allá del nivel de “en mi máquina funciona” y mostrar que el algoritmo opera de forma consistente en varias computadoras cuánticas
  • El punto central de este experimento es que sería el primer ejemplo en que se verifica la “supremacía cuántica”. En el texto se menciona: “Por primera vez en la historia, una computadora cuántica ejecutó con éxito un algoritmo verificable que supera la capacidad de las supercomputadoras”
  • Significa repetirlo N veces; o sea, no se trata solo de ejecutarlo dos veces
• Viendo frases como "13,000 veces más rápido que la supercomputadora más rápida", "la verificabilidad cuántica es que en nuestra computadora cuántica o en otra equivalente salgan consistentemente los mismos resultados" y "coincidió con los resultados de NMR mientras revelaba información adicional que NMR no podía mostrar", parece que por fin sí se demostró una verdadera supremacía cuántica
  • Revisando el paper por encima, eso de “información que normalmente NMR no puede conocer” se refiere a haber calculado el Jacobiano y el Hessiano del Hamiltoniano. Es decir, con solo correr el experimento cuántico se puede simular directamente la dinámica del sistema. El Jacobiano y el Hessiano son matrices de derivadas de primer y segundo orden respecto de todos los parámetros
• Me gustaría escuchar la opinión de especialistas en computación clásica sobre este resultado y estas afirmaciones. Antes ya pasó que se declaraba supremacía cuántica y luego otro equipo obtenía mejores resultados con algoritmos clásicos optimizados
• Comparto información de papers relacionados
  Paper de la idea: Quantum Computation of Molecular Structure Using Data from Challenging-To-Classically-Simulate Nuclear Magnetic Resonance Experiments (https://journals.aps.org/prxquantum/abstract/10.1103/PRXQuantum.3.030345).
  Verificación de resultados en otra computadora cuántica (todavía no hecha): Observation of constructive interference at the edge of quantum ergodicity (https://www.nature.com/articles/s41586-025-09526-6)
• Me pregunto si este resultado sigue siendo un problema de RCS o algo parecido. Según entiendo, lo que hoy pueden hacer las computadoras cuánticas al final converge en “simular la propia computadora cuántica”
  • Esto es bastante distinto del famoso experimento anterior de random circuit sampling (RCS). El resultado de RCS es un bitstring aleatorio sin cifrar, así que cambia en cada ejecución. Como hay aleatoriedad, no hay repetibilidad y en realidad tampoco hay mucho contenido interesante (el punto es solo que una computadora cuántica puede generarlo de manera eficiente). En este experimento, en cambio, se puede obtener el mismo resultado en cada ejecución y se usan circuitos estructurados, por lo que es mucho más controlable. Como extra, tiene una conexión con la espectroscopía molecular, así que aunque la escala sea pequeña, da señales de una posible utilidad futura (más útil que generar bitstrings aleatorios)
  • Este experimento no trata de un problema de RCS ni de teoría de números. La presentación fue sobre un algoritmo llamado “Quantum Echoes”. Tras configurar el experimento, se perturba un qubit y se observa el “eco” en todo el sistema. Con eso replicaron experimentos clásicos del campo que antes se hacían con NMR, y además obtuvieron datos que eran difíciles de conseguir con los métodos existentes
• Esto sí parece un cálculo realmente útil; me pregunto si de verdad es distinto de resultados anteriores
  • En el mundo real sigue siendo completamente inútil. Además, tampoco puede decirse que sea verdaderamente verificable
• Según entiendo, los chips cuánticos solo pueden ejecutar partes de algoritmos debido al límite de compuertas implementables. Me pregunto si un chip cuántico es realmente una computadora universal (Universal Computer)
• Siento que ya vi varias veces, incluso solo por parte de Google, anuncios del estilo “demostramos en hardware un algoritmo que logró la primera supremacía cuántica verificable de la historia”
  • La clave esta vez es que sea “verificable”. Es decir, que una operación que clásicamente tomaría demasiado tiempo produjo, en una computadora cuántica, resultados reproducibles y consistentes. En cambio, en cosas como RCS la salida cambia cada vez y no se puede verificar
  • Si es real, sería el resultado esperado. La supremacía cuántica también existe en un espectro: desde “compararlo con la mejor respuesta clásica que podemos obtener usando al máximo nuestros recursos y tecnología” hasta “una salida útil y formalmente verificable”
  • Incluso para Google, esta sería la tercera vez
  • Esta vez puede verse distinto porque se presentó junto con un paper en Nature (https://www.nature.com/articles/s41586-025-09526-6)
• No soy experto en cuántica, pero siento que este tipo de noticias lleva más de 10 años saliendo sin que haya habido resultados realmente utilizables
  • Son excelentes noticias para conseguir financiamiento de investigación en física. Aunque no sirva para nada, me parece mejor que gastar ese dinero en política o en costos de vigilancia
  • Yo tampoco soy experto, así que ojalá alguien pueda complementar la explicación. Según entiendo, todo sigue en una etapa muy inicial. Solo demostrar que los algoritmos cuánticos son posibles ya tiene gran significado. (Parece que eso es lo que afirma este artículo). Si eso quedó demostrado, el siguiente paso sería tener más qubits, más pares entrelazados y menores tasas de error para poder aplicarlo a problemas reales. Es probable que estos anuncios sean básicamente ciertos, pero dentro de un “alcance muy pequeño”. O sea, algo parecido a anunciar “¡desarrollamos un algoritmo de factorización 10 mil veces más rápido que la mejor velocidad actual!”, cuando en realidad solo puede factorizar hasta 103
  • Cuando las empresas se mueven por ganancias, terminan produciendo publicidad exagerada para inversionistas y accionistas, en vez de priorizar reputación científica real o más investigación. Estas afirmaciones agitadoras apuntan a accionistas interesados solo en ganancias futuras y que no tienen capacidad para evaluar el contenido real. Es una consecuencia natural de dejar la ciencia en manos de empresas