IBM Nighthawk r2 completa en 19 segundos un muestreo que a Frontier le costaría 110 años

BlueQubit ha generado un millón de muestras de circuitos cuánticos aleatorios en 19 segundos sobre el procesador IBM Nighthawk r2. Según sus cálculos, reproducir ese mismo resultado en el superordenador Frontier exigiría unos 110 años con el método de simulación clásica que han empleado. El experimento lo lidera Tigran Sedrakyan, físico de materia condensada teórica de la compañía, y se ha publicado como preimpresión en arXiv: todavía no ha pasado revisión por pares.

El chip es un superconductor de 120 qubits al que se accede desde IBM Cloud. El equipo no los usó todos: eligió 61 qubits y fue subiendo la profundidad de los circuitos hasta 40 ciclos. El punto de equilibrio apareció en 36 ciclos y 918 puertas de dos qubits, y ahí es donde salieron las muestras en esos 19 segundos.

Qué se está midiendo exactamente

El muestreo de circuitos cuánticos aleatorios (RCS) no busca bits útiles, sino comprobar si el hardware reproduce la distribución de probabilidad que debería generar un circuito concreto. Se aplican operaciones al azar durante varias rondas, los qubits se entrelazan, se mide muchas veces y salen cadenas de ceros y unos. Cuantos más qubits y más rondas, más caro le resulta a una máquina clásica calcular esa distribución. Ese es el listón.

Para el otro lado de la balanza, el equipo usó contracción de redes tensoriales y estimó que replicar el millón de muestras requiere unas 1,2 × 10²⁷ operaciones. Frontier supera los 10¹⁸ por segundo en pico, pero con la estimación de rendimiento sostenido que aplican los autores la cuenta se va a 110 años. Ellos mismos acotan el número: sale de un algoritmo de simulación concreto y de sus supuestos, no es un techo teórico. Algoritmos mejores, reutilizar resultados intermedios o aproximar podrían recortarlo bastante.

Ya pasó con Sycamore. En 2019 Google estimó 10.000 años para su experimento y la simulación clásica acabó bajando esa cifra mucho antes de lo previsto. La ventaja cuántica se mueve con cada mejora en los dos lados.

Validación y lo que aporta el hardware

Verificar el resultado no es trivial cuando no puedes calcularlo en clásico. Se usaron dos vías. La primera trocea el circuito: los 61 qubits se parten en tres o cuatro subsistemas más pequeños que sí se simulan con exactitud, y con eso se evalúa el conjunto. La segunda recurre a circuitos espejo: se ejecuta una secuencia y luego la inversa, de forma que el estado debería volver al inicio, y lo que se desvía mide el ruido acumulado. Ambas dieron resultados parecidos al aumentar la profundidad.

A 36 ciclos, la fidelidad de la señal cuántica restante ronda el 0,23%. No es una tasa de acierto: en RCS buena parte de la información se pierde por ruido y lo que se comprueba es si queda rastro medible de la distribución ideal.

Parte del mérito del tiempo está en el chip. Frente al Heron de la generación anterior, el Nighthawk r2 incorpora un mecanismo de reset que vacía la energía de los qubits y deja la espera entre ejecuciones en torno a 1 microsegundo. IBM declara más de 100.000 circuitos por segundo, contra unos 4.000 del Heron. En un experimento que necesita repetir muchísimo, esa diferencia se nota.

Conviene no perder de vista qué es esto. RCS es una prueba de benchmark, no una carga de trabajo de producción, y nadie ha demostrado aquí una aplicación útil. Lo relevante es dónde se ejecutó: no en un equipo exclusivo de laboratorio, sino en un procesador comercial al que se llega por cloud. Los circuitos, las muestras y el código de análisis están publicados para que otros los reproduzcan.