- Quantum Echoes és un correlador fora d'ordre temporal que mesura com es propaga la informació quàntica en sistemes complexos mitjançant un ressò interferomètric molt sensible.
- Executat al xip Willow, l'algorisme ofereix un avantatge quàntic verificable, fins a 13.000 vegades més ràpid que els millors superordinadors clàssics en tasques equivalents.
- Els experiments amb molècules reals i dades de RMN validen el seu potencial per a química, descobriment de fàrmacs i ciència de materials, encara que encara en fase preliminar.
- Persisteixen reptes crítics com la correcció d'errors i l'escalabilitat cap a cúbits lògics de llarga durada abans de veure aplicacions quàntiques massives.
La computació quàntica ha deixat de ser només teoria per començar a colar-se en converses sobre medicina, materials avançats o ciberseguretat. Google fa anys que intenta demostrar que els seus ordinadors quàntics no són només prototips cridaners, sinó eines amb utilitat real. Amb l'algorisme Quantum Echoes i el seu xip Willow, la companyia afirma haver signat una d'aquelles fites que podrien canviar el ritme d'aquesta carrera tecnològica.
Aquest nou algorisme, un correlador fora d'ordre temporal dissenyat per estudiar com es propaga la informació quàntica en sistemes complexos, no és només increïblement ràpid: segons les dades publicades, funciona unes 13.000 vegades més de pressa que els millors superordinadors clàssics per a una tasca equivalent. Però el més interessant és que es tracta d'un algorisme verificable, és a dir, que els resultats es poden repetir i comprovar en altres dispositius quàntics similars, una cosa clau si volem que aquesta tecnologia surti del laboratori.
Què és exactament Quantum Echoes i per què tothom en parla
Quantum Echoes és un algorisme quàntic de tipus OTOC (Out-of-Time-Order Correlator o correlador fora d'ordre temporal). La seva funció principal és mesurar com canvia l'estat d'un cúbit després de sotmetre un sistema quàntic a una sèrie d'operacions i després rebobinar-ne l'evolució. A la pràctica, actua com un termòmetre del caos quàntic: analitza com es dispersa la informació dins un conjunt de cúbits mesurant magnituds com ara magnetització, densitat, corrents o velocitat.
El que proposa Google és utilitzar aquest algorisme com una mena de ressò quàntic acuradament dissenyat . Primer, el xip Willow rep un senyal quàntic complex que fa evolucionar el sistema. Després s'introdueix una petita pertorbació a un cúbit concret i, a continuació, s'executa la seqüència inversa d'operacions per intentar desfer el procés. Al final de tot aquest viatge, el sistema torna un “eco” quàntic de l'estat inicial que, gràcies a la interferència constructiva, s'amplifica i deixa al descobert informació molt precisa sobre el que ha passat pel camí.
Des d'un punt de vista teòric, aquest tipus de correladors fora d'ordre temporal es fan servir per estudiar com la informació es barreja i es propaga en sistemes extremadament complexos , com els models que descriuen forats negres o materials quàntics exòtics. El que és nou aquí és que, per primera vegada, s'han endut del paper al laboratori amb un experiment que es pot repetir i verificar, i que a més apunta a aplicacions físiques molt concretes.
Google ha presentat aquests resultats en dos treballs complementaris: un publicat a Nature , centrat en la demostració de l'algorisme i el seu avantatge quàntic verificable, i un altre penjat al repositori arXiv, més orientat a les possibles aplicacions en química i espectroscòpia. Entre els signants de l'article de Nature hi ha Michel Devoret, Premi Nobel de Física 2025 i peça clau en el desenvolupament dels cúbits superconductors.
Segons els enginyers de la companyia, Quantum Echoes funciona 13.000 vegades més ràpid al xip Willow que el millor algoritme clàssic equivalent executat als superordinadors més potents del món. En termes pràctics, cosa que una màquina clàssica trigaria milers o trilions d'anys a resoldre, Willow ho despatxa en uns minuts, creuant el llindar del que es considera avantatge quàntic en tota regla.
Fonaments de computació quàntica per entendre l'algorisme
Per fer-se una idea clara de com opera Quantum Echoes, convé recordar que un ordinador quàntic no treballa amb bits clàssics sinó amb cúbits. Mentre un bit només pot estar en 0 o en 1, un cúbit es pot trobar en una superposició de tots dos estats alhora. Això permet que un conjunt de cúbits representi de forma simultània una enorme quantitat de combinacions de zeros i uns.
Els cúbits s'implementen manipulant sistemes físics com fotons, electrons, ions atrapats, àtoms o circuits superconductors . Google, com altres empreses, aposta per cúbits superconductors, hereus directes dels experiments en circuits quàntics macroscòpics que van iniciar Devoret i altres investigadors als anys vuitanta. Aquests cúbits poden entrellaçar-se, és a dir, compartir un estat quàntic comú, i formar estructures col·lectives on les probabilitats es combinen com a ones.
En aquest context, un algorisme quàntic no és més que una seqüència de portes lògiques que s'apliquen sobre una xarxa de cúbits superposats i entrellaçats . A mesura que el circuit evoluciona, les amplituds de probabilitat es reforcen o es cancel·len entre si mitjançant interferència. El truc consisteix a dissenyar l'algorisme de manera que, al final, les solucions correctes quedin amplificades i siguin les més probables en mesurar el sistema.
La interferència constructiva, una de les claus de Quantum Echoes, es produeix quan les ones quàntiques s'alineen en fase i se sumen en lloc d'anul·lar-se. Si el circuit està ben dissenyat, aquest efecte fa que el “eco” final de l'algorisme destaqui clarament sobre el soroll de fons i permeti llegir amb molta sensibilitat com s'ha propagat la informació al sistema, fins i tot si el procés intermedi ha estat molt caòtic.
Tot això sona molt potent, però també ve acompanyat d'un problema seriós: la fragilitat dels sistemes quàntics davant del soroll . Variacions mínimes de temperatura, vibracions, radiació electromagnètica o interferències externes poden introduir errors als cúbits, trencar la coherència del sistema i arruïnar el càlcul. Per això, el control d'errors quàntics i la reducció de la decoherència són dos dels grans desafiaments del sector.
Com funciona Quantum Echoes pas a pas sobre el xip Willow
Willow és l'últim xip quàntic superconductiu de Google , i és la peça de maquinari sobre la qual s'executa Quantum Echoes. Aquest processador ja va cridar l?atenció en superar proves de referència de mostreig de circuits aleatoris en menys de cinc minuts, tasques que un superordinador clàssic no podria completar ni en desenes de septillons d?anys. Amb Quantum Echoes, Willow es torna a situar al centre de l'escenari.
L'esquema bàsic de l'algorisme es pot entendre com una experiència de “rebobinat del temps” quàntic, encara que no s'envia res al passat . El que es fa és aplicar una seqüència d'operacions al sistema, introduir una petita pertorbació a un cúbit concret i després executar la mateixa seqüència però al revés, amb una precisió extrema. Si tot està ben ajustat, el sistema torna a prop del seu estat original i deixa escapar un ressò interferomètric que conté informació molt rica.
De forma molt simplificada, el procediment segueix tres grans fases: primer es prepara un estat inicial ben controlat en un conjunt de cúbits ; després es deixa evolucionar aquest estat mitjançant una seqüència de portes quàntiques que el tornen altament complex i caòtic; finalment s'executa la inversió temporal del circuit, s'altera un cúbit al mig del procés i s'observa com afecta aquesta pertorbació el ressò final.
La gràcia d'aquesta configuració és que el ressò que es mesura al final no és un reflex feble, sinó un senyal amplificat per interferència constructiva . Precisament per això, la tècnica és extremadament sensible a petits canvis a la dinàmica interna del sistema. Google ha aprofitat aquesta sensibilitat per reduir exponencialment la taxa d'error efectiva del xip, obtenint resultats per sota del llindar a partir del qual la correcció d'errors a gran escala comença a ser viable.
En alguns dels experiments descrits, la màquina quàntica va ser capaç de resoldre el problema en poc més de dues hores, mentre que el superordinador Frontier —un dels més potents del món— hauria necessitat uns 3,2 anys de còmput continu per executar un codi clàssic equivalent. Aquesta enorme bretxa de rendiment, unida al fet que el resultat es pot repetir a Willow o en altres dispositius de qualitat similar, és la base de l'anomenada “avantatge quàntic verificable”.
A més, el protocol utilitzat per Google no es queda en un simple exercici de supremacia quàntica sense aplicació . A diferència d'experiments anteriors, centrats en problemes matemàtics artificials difícils de traduir al món real, aquí l'algorisme es fa servir per simular processos físics molt concrets: l'estructura i la dinàmica de molècules reals estudiades també amb ressonància magnètica nuclear.
Avantatge quàntic verificable: per què aquest avenç és diferent
Fins ara, molts anuncis de “supremacia quàntica” havien rebut crítiques perquè no quedava clar com verificar de manera independent els resultats ni quina utilitat pràctica tenien els problemes resolts. La fita del 2019 de Google, per exemple, va consistir a fer un càlcul sobre mostreig de circuits aleatoris que cap superordinador podia replicar en un temps raonable, però que tampoc servia per a res fora del laboratori.
Amb Quantum Echoes, la companyia intenta tancar aquest debat amb un experiment dissenyat des del principi per ser comprovable i repetir-li la jugada a qui vulgui . L'algorisme s'ha implementat amb paràmetres i configuracions que altres grups de recerca, amb maquinari quàntic de prestacions comparables, poden intentar replicar. A més, els resultats de la simulació quàntica es contrasten amb mesures físiques clàssiques obtingudes mitjançant tècniques ben establertes.
La “verificabilitat quàntica” que reivindica Google es recolza en dos pilars: per una banda, el fet que els càlculs es poden reproduir en altres màquines quàntiques semblants; de l'altra, la possibilitat de comparar la sortida de l'algorisme amb dades experimentals de ressonància magnètica nuclear o amb simulacions clàssiques en els casos on encara són abordables. Aquesta doble validació és el que dóna pes a l'afirmació que no estem sols davant d'un truc matemàtic difícil de revisar.
Perquè aquest tipus de demostració sigui possible, el maquinari ha de combinar operacions d'alta velocitat amb taxes d'error extremadament baixes . Qualsevol desviació a la seqüència d'inversió temporal arruïna el ressò final. Que Willow hagi pogut superar aquest repte sense enfonsar-se implica que el control sobre els cúbits superconductors ha assolit un nivell notable, molt més madur que fa tot just uns anys.
Tot i així, diversos experts criden a la prudència. Investigadors com Carlos Sabín, del departament de Física Teòrica de la Universitat Autònoma de Madrid, recorden que ja s'han anunciat altres avantatges quàntics que després s'han matisat quan altres grups han afinat els algorismes clàssics o han trobat maneres d'acostar-se als resultats amb ordinadors convencionals. Ara la comunitat científica està en fase de comprovar fins a quin punt l'experiment de Google marca una frontera ferma.
Aplicació en química: molècules, RMN i el somni del “quantoscopi”
Un dels aspectes més cridaners de Quantum Echoes és el seu ús com a eina de simulació química i espectroscòpia quàntica . En col·laboració amb la Universitat de Califòrnia a Berkeley, Google ha executat l'algorisme sobre Willow per estudiar dues molècules: una amb 15 àtoms i una altra amb 28, emprant dades experimentals de ressonància magnètica nuclear (RMN) com a punt de comparació.
La RMN, prima espectroscòpica de la ressonància magnètica mèdica, actua com un microscopi molecular basat en els “spins” magnètics dels nuclis atòmics. Detectant com responen aquests spins a camps magnètics i senyals de radiofreqüència, els científics poden deduir la posició relativa dels àtoms i, per tant, l'estructura de la molècula. És una eina fonamental en química, biologia i ciència de materials.
El problema és que, quan les molècules es tornen grans o les interaccions entre spins es compliquen, els mètodes clàssics per interpretar les dades de RMN esdevenen extremadament costosos des del punt de vista computacional. Aquí és on entra Quantum Echoes: la seva capacitat per seguir la dinàmica quàntica interna d'un sistema caòtic permet modelar de forma més eficient les interaccions entre els spins a llargues distàncies.
A la prova de concepte realitzada amb Berkeley, els resultats obtinguts amb l'algoritme quàntic van coincidir amb els mesuraments de RMN tradicional per a les dues molècules, cosa que suposava la primera validació forta de l'enfocament. Però a més, l'anàlisi quàntica va revelar detalls addicionals sobre la dinàmica dels spins que normalment no es poden obtenir amb les tècniques clàssiques, apuntant a una sensibilitat més gran.
Investigadors com Ashok Ajoy, col·laborador de Google Quantum AI i professor a Berkeley, ja parlen d'una futura “espectroscòpia quàntica” capaç d'anar més enllà dels límits actuals . En aquest escenari, la combinació de RMN experimental amb algorismes quàntics com Quantum Echoes es podria convertir en una eina de primer nivell per descobrir nous fàrmacs, comprendre millor malalties complexes com l'Alzheimer o dissenyar materials avançats per a bateries, polímers o fins i tot els propis cúbits superconductors.
Impacte potencial en medicina, ciència de materials i altres indústries
Si les promeses de Google es consoliden, Quantum Echoes podria ser el primer pas seriós cap a ordinadors quàntics amb aplicacions tangibles al món real . La capacitat de modelar amb fidelitat sistemes quàntics de molts cossos té implicacions directes en camps com la química computacional, on simular interaccions electròniques complexes és un problema gairebé prohibitiu per a la computació clàssica.
A nivell biomèdic, això es tradueix en la possibilitat d' explorar l'espai de molècules candidates a fàrmacs de manera molt més eficient . En lloc de provar milers de compostos a cegues, un ordinador quàntic podria ajudar a predir quines estructures encaixen millor amb una diana biològica concreta, accelerant el desenvolupament de tractaments per a patologies neurodegeneratives, càncer o altres malalties complexes.
En ciència de materials, la mateixa lògica serveix per dissenyar nous compostos amb propietats específiques : superconductors més estables, materials per a bateries amb més densitat energètica, polímers avançats o aliatges més lleugers i resistents. El control sobre la dinàmica quàntica a nivell microscòpic marca la diferència entre provar combinacions a l'atzar o anar afinant el tir amb una simulació fiable.
A tot això s'hi afegeix l'impacte potencial en àrees com la ciberseguretat. Encara que Quantum Echoes en si no està orientat a trencar xifrats, forma part de la mateixa onada de progressos que apropa les màquines quàntiques útils . La comunitat de seguretat ja parla de l'estratègia “harvest now, decrypt later”: robar dades avui per desxifrar-les quan hi hagi ordinadors quàntics capaços de fer fallida els algorismes criptogràfics actuals, cosa que ha portat organismes com la Unió Europea i ENISA a planificar la transició a sistemes postquantics.
En el pla geopolític, el moviment de Google s'insereix en una competència ferotge amb gegants com IBM, Microsoft i diversos actors xinesos . Plataformes com Wukong, a la Xina, o els desenvolupaments d'IBM en cúbits superconductors i cúbits lògics de llarga durada mostren que ningú es vol quedar enrere. L?avantatge quàntic verificable que reivindica Google és, a més d?un avenç científic, un missatge estratègic sobre la seva posició en aquesta carrera.
Limitacions actuals i escepticisme dins de la comunitat científica
No tot són focs d'artifici. Tot i que l'experiment amb Quantum Echoes representa un salt respecte a fites anteriors, diversos experts subratllen que encara estem en una fase clarament experimental . Ara com ara, les demostracions s'han fet amb molècules relativament petites i amb circuits quàntics que, encara que impressionants, segueixen lluny del que caldria per abordar problemes industrials a gran escala.
Segons estimacions recollides per la pròpia Google, per arribar a molècules que requereixin de l'ordre de 50 cúbits físics de complexitat rellevant , caldria executar entre centenars de milers i diversos milions de portes lògiques quàntiques. Aquesta xifra està molt per sobre de les 792 portes que s'han fet servir en els experiments actuals, i les tècniques de mitigació d'errors que funcionen en aquest règim podrien no escalar bé circuits molt més profunds.
Una de les crítiques recurrents és que, encara que la demostració mostri un avantatge quàntic real, encara no s'ha provat una utilitat pràctica de gran impacte . És a dir, l'algorisme ha servit per validar mètodes i estudiar sistemes que es poden manejar amb tècniques clàssiques millorades, però encara no ha resolt un problema que fos totalment inabastable per a la computació clàssica en un context industrial o mèdic concret.
A més, la qüestió de la correcció d'errades continua sent un mur. Per operar ordinadors quàntics a gran escala es necessiten cúbits lògics robusts construïts a partir de molts cúbits físics , de manera que les fallades individuals puguin detectar-se i corregir-se sense perdre informació. Google situa aquest objectiu com la fita 3 del seu full de ruta quàntic: aconseguir un cúbit lògic de llarga durada que aguanti el temps suficient per executar algorismes complexos sense ensorrar-se.
Tot i aquestes reserves, fins i tot les veus més prudents reconeixen que Quantum Echoes pot ser un pas preliminar important en la direcció de demostrar utilitat pràctica. La clau serà veure si altres laboratoris aconsegueixen reproduir l'experiment, millorar els algoritmes clàssics competidors i, sobretot, escalar aquestes tècniques a sistemes amb més cúbits i més portes sense que els errors es disparin.
Mirant el panorama complet, Quantum Echoes es perfila com un senyal clar que maquinari i programari quàntics avancen en paral·lel . Willow demostra que es pot operar amb taxes d'error prou baixes per permetre protocols delicats d'inversió temporal, mentre l'algorisme obre la porta a aplicacions que connecten directament amb problemes físics reals. Encara queda una llarga marató al davant, però els primers ressons de la computació quàntica aplicada comencen a escoltar-se amb força.
