Un especialista en el mundo virtual de Amazon, Juan Moreno, analiza el modo en que China está logrando avances significativos en tecnología cuántica, incluido el primer satélite cuántico mundial y una línea de comunicación cuántica de 2.000 km. entre Beijing y Shanghai.

China toma la delantera en la carrera cuántica

Por Juan Moreno

En noviembre de 2020, China publicó su 14º Plan Quinquenal (“FYP”), un documento extenso que describe los ambiciosos planes del país para el período 2021-2025. La tecnología es un componente central de este documento, con varios capítulos dedicados a describir cómo los líderes de China esperan transformar el país en una potencia de innovación: “Aceleraremos el panorama de la computación cuántica, la comunicación cuántica, los circuitos integrados, el almacenamiento de ADN y otros métodos de corte. -tecnologías de vanguardia, fortaleciendo la innovación en las ciencias de la información, ciencias de la vida, materiales y otras disciplinas básicas […] ”(traducido libremente).

El plan es una declaración formal al mundo y la continuación de una estrategia que ha comenzado en los últimos años, con China logrando avances significativos en tecnología cuántica, incluido el primer satélite cuántico mundial (Micius), una línea de comunicación cuántica de 2.000 km.  entre Beijing y Shanghai (y una adicional entre Hefei y Wuhan), y las recientes demostraciones de supremacía cuántica sobre los métodos clásicos en tareas específicas. Se siguen acumulando nuevos eventos: el país ha logrado un progreso significativo en todas las áreas que son primordiales para convertirse en un líder mundial en cuántica: junto con una política oficial viene la capital, los negocios, la tecnología, la investigación, la educación, las conferencias y lo más importante de todo, las personas que invierten su talento y esfuerzo en el desarrollo de tecnologías cuánticas.

Uno de esos talentos es Zhang Yiming, un emprendedor de 38 años. En abril de 2021 encabezó una lista de líderes empresariales chinos menores de 40 años por tercer año consecutivo, publicada por el equivalente chino de  la  revista Fortune . Zhang es el fundador de ByteDance, y en los nueve años desde su fundación en 2012 ha construido su empresa por un valor de casi 400.000 millones de dólares.

Al ser el hogar de la aplicación de video viral TikTok, nadie adivinó (al menos los medios occidentales no lo hicieron) que ByteDance tendría algún interés en las tecnologías cuánticas. Sorprendentemente, un artículo publicado en arXiv.org  el 17 de septiembre de 2021 muestra que fueron la primera institución que participó en el diseño de un algoritmo híbrido cuántico y clásico que puede simular y calcular de manera eficiente las propiedades de moléculas pequeñas. En lugar de las estrategias comunes (es decir, VQE), ” integraron una estrategia de clasificación de energía adaptativa y […] la teoría de incrustación de la matriz de densidad ” para encontrar ” un circuito cuántico menos profundo y reduce el tamaño del problema“. En otras palabras, sugiere la posibilidad de ejecutar cálculos más pesados ​​con menos qubits. Esta contribución al campo de la química cuántica marca la entrada oficial de ByteDance en el campo de la computación cuántica.

Otra startup notable es Origin Quantum. Se estableció en septiembre de 2017 y solo 4 años ha desarrollado subsidiarias en Beijing, Shanghai, Chengdu y la ciudad de Shenzhen. La compañía se enfoca en el desarrollo completo de la computación cuántica, y en septiembre de 2020 lanzaron una computación cuántica superconductora de I + D nacional en la nube, con la idea de acercar la industria y la academia. Llamado Wu Yuan, tiene un procesador cuántico superconductor de 6 qubit. La compañía también tiene planes para dispositivos de 24 qubit y 64 qubit en el futuro. Uno de los propietarios de la empresa es Guang-can Guo, profesor y supervisor de doctorado en la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC), que sirve como base tecnológica de la empresa.

La USTC y muchas de estas startups tienen su sede en la ciudad de Hefei, que efectivamente se ha convertido en el centro del país para las tecnologías cuánticas, albergando a más de 20 empresas relacionadas con la tecnología cuántica con un valor de producción superior a 430 millones de yuanes (alrededor de 66,5 millones de dólares estadounidenses). solo en 2020. El 18 de septiembre de 2021 se celebró en la ciudad la 1ª Conferencia de la Industria Cuántica. La conferencia reunió a un grupo de investigadores científicos y líderes de la industria para discutir el desarrollo de la industria cuántica.

Justo en 2020, el grupo de USTC liderado por Chaoyang Lu y Yanwei Ping ha publicado 4 artículos que informan de 4 nuevas afirmaciones de supremacía cuántica. 2 de estos 4 artículos se referían a qubits superconductores, que es la misma arquitectura que usó Google en su chip Sycamore cuando hicieron  sus afirmaciones  en 2019 (y luego fue refutada por IBM en  otro artículo ).

En diciembre de 2020, la USTC informó un experimento con 56 qubits superconductores en un chip (en comparación con los 53 que Google acumuló en el suyo), y tenían 20 capas de puertas que se aplicaron a estos qubits (el mismo número que Google en este caso). La fidelidad del circuito, una métrica crucial, fue aproximadamente el 30% de la de Google. En septiembre de 2021, informaron de un nuevo experimento de supremacía cuántica basado en muestras utilizando qubits superconductores: este tenía 4 qubits más (60) e hicieron 22-24 capas de puertas y una fidelidad de puerta similar al experimento anterior.

Los otros dos artículos de la USTC se referían al muestreo de bosones, que fue la propuesta original para la supremacía cuántica basada en el muestreo por Scott Aaronson y su estudiante Alex Arkhipov en 2011. El muestreo de bosones utiliza en su lugar fotones que se generan y envían a través de una red de divisores de haz, y luego Mídete para ver dónde terminan. En diciembre de 2020, la USTC  informó sobre un experimento  con muestreo de bosón gaussiano (una variante del muestreo de bosón) con un promedio de 50 a 70 fotones detectados. Esto batió su propio récord de 14 fotones previamente detectados, fue el primero de esta naturaleza y resultó en el primer reclamo de supremacía cuántica a través de la computación cuántica óptica por parte del grupo chino.

Los escépticos han respondido rápidamente durante los últimos 9 meses, argumentando que probablemente podrían falsificar estos resultados usando una computadora clásica. Entonces, en junio de este año, la USTC volvió a aumentar los números con un  nuevo récord de más de 100 fotones detectados  en promedio, y afirmaron que habían descartado específicamente las estrategias clásicas de suplantación de identidad, como las que se usaron en su primer experimento. La discusión continúa hasta el momento de escribir este artículo.

Una cosa que es importante aclarar es que no hay ningún reclamo en ninguno de estos experimentos (ya sea Google o USTC) de que se esté realizando un cálculo cuántico útil, ni el dispositivo sea realmente escalable ni sus qubits estén corregidos por errores. La afirmación en todos estos casos es que algún punto de referencia artificial era mucho más rápido que hacer lo mismo con una computadora digital. Obviamente, esto está abierto a desafíos, y la gente lo ha estado desafiando al diseñar algoritmos clásicos de suplantación de identidad. Esto se convierte efectivamente en una carrera y, a medida que se desarrollan los algoritmos de suplantación, los experimentos también se expanden y mejoran muy rápidamente. Hoy está claro que la USTC está a la vanguardia de la experimentación, y junto con Google son los dos grupos a nivel mundial que están activamente a la cabeza de este tipo de experimentos.

Estos son tiempos emocionantes para las tecnologías cuánticas. Las naciones más ricas del mundo quieren estar a la vanguardia de la innovación, pero algunas aún se muestran reacias a realizar una inversión seria debido a la incertidumbre de un potencial invierno cuántico. China se ha embarcado en la carrera con todo su poder: las consecuencias para la humanidad del diseño de moléculas complejas, modelos de aprendizaje automático precisos y rápidos o canales de comunicación más rápidos que la velocidad de la luz son demasiado tentadoras para no intentarlo. Puede que no lleguemos pronto, pero como dice el proverbio chino, es mejor encender una vela que maldecir la oscuridad.