De Santa Fe a EE.UU.: es físico teórico y trabaja en el dream team de computación cuántica
Se desempeñó en el MIT y ahora en Google está en el selecto equipo que desarrolla Willow. Asegura que su paso por la Escuela Industrial Superior y luego por el Instituto Balseiro fue clave en su formación de base. ¿Cómo es trabajar en un laboratorio tecnológico de relevancia mundial?
Agustín Di Paolo trabaja en Google en el equipo que desarrolla Willow.
El santafesino Agustín Di Paolo es físico teórico y trabaja en el equipo de computación cuántica de Google en Santa Bárbara, California (EE.UU.). Forma parte del equipo que está desarrollando el proyecto Willow, un chip cuántico de última generación que es uno de los desafíos científicos más complejos del siglo.
Su recorrido formativo lo llevó al prestigioso Instituto Balseiro en Bariloche donde se graduó de Licenciado en Física. Más tarde, hizo un doctorado (PhD) en Canadá y hoy forma parte de un dream team mundial en avances tecnológicos. Antes de Google, tuvo un paso laboral por el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) que es una universidad considerada como una de las mejores y más prestigiosas a nivel mundial, donde estuvo en el grupo del Prof. Dr. William D. Oliver.
En la entrevista -realizada a través de una videollamada-, cuenta qué es Willow, habla de su recorrido, de cómo se encontró con la física que lo apasiona, y de lo que implica trabajar en un campo que, literalmente, está creando la tecnología del futuro.
Aún se lo escucha hablar con modismos y dice que trata de venir al menos una vez al año a Santa Fe, porque "es importante mantener el lazo con los afectos".
-¿Qué estudiaste en Argentina?
-Estudié en la Escuela Industrial, en la especialidad electromecánica. Hice los primeros dos años de la Licenciatura en Física en la Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura (Rosario), y completé la licenciatura en el Instituto Balseiro, donde también hice una Maestría en Física en el Balseiro. Ahí ya trabajaba con cosas relacionadas a información cuántica, aunque no exactamente lo que hago hoy. Después hice un doctorado en Canadá.
-¿Siempre quisiste trabajar en Estados Unidos o se fue dando?
-No, la verdad es que se fue dando. Lo que sí tenía era un interés en este tema en el que trabajo ahora. Todo empezó en el Instituto Balseiro, allí fue cuando me enteré de que este tema existía y desde ese momento supe que quería trabajar en esto. La motivación surgió ahí.
-¿Sentís que tu formación en Argentina te dio una buena base de formación para poder hacer luego este salto?
-Sí, sin dudas. La Escuela Industrial me ayudó a darme cuenta de que me gustaba la parte más analítica, matemática y física. Y el Balseiro es un instituto de relevancia mundial. Hoy en día tienen un grupo experimental de computación cuántica con circuitos superconductores, y uno de los alumnos vendrá a hacer una pasantía conmigo en Google en los próximos meses.
-¿Cómo fue el paso a hacer el doctorado afuera?
-Fue una posibilidad bastante especial. Hice mi doctorado con Alexandre Blais, una persona muy influyente en nuestro campo de trabajo. Él es una figura clave en lo que hoy conocemos como electrodinámica cuántica de circuitos. Yo soy físico teórico y hago muchas cosas numéricas: estoy programando casi todo el tiempo. Pero mi campo de trabajo, como tiene una implementación física, es muy experimental; aún siendo yo un físico teórico se espera que pueda describir experimentos.
-¿Ya trabajabas en esa área desde entonces?
-Sí, llevo 8 años en este campo de trabajo. Este grupo en el que hice el doctorado tiene mucho acceso a grupos experimentados de todo el mundo. Y eso me permitió trabajar con mucha gente. Incluso con uno de esos grupos experimentales fue con quien terminé haciendo el vínculo para llegar al MIT, y después a Google. Desde el doctorado, mi perfil no cambió mucho. Me pude seguir desarrollando en un campo súper específico y seguir trabajando de eso.
-¿Dónde vivís actualmente?
-En Santa Bárbara, California. Llegué a Estados Unidos en noviembre de 2020, estuve dos años en Massachusetts, en el MIT, y después me mudé acá. Hace unos dos años y medio que estoy en esta ciudad. Es un país donde me sentí bienvenido desde el primer día.
Google presentó Willow recientemente, un chip cuántico con 105 cúbits que marca un paso importante hacia la creación de computadoras cuánticas más poderosas y confiables. ¿Qué significa esto?
Primero, una computadora cuántica funciona de forma diferente a las computadoras tradicionales. En lugar de usar bits que pueden ser 0 ó 1, usa cúbits, que pueden estar en varios estados al mismo tiempo gracias a las reglas de la física cuántica. Esto le da un enorme potencial, pero también trae desafíos, como los errores que aparecen al manipular esa información tan delicada.
Ahí es donde entra Willow. Este chip fue diseñado para probar técnicas de corrección de errores cuánticos, algo esencial para que estas computadoras funcionen bien. Una de las cosas más destacadas es que permite construir lo que se llama un cúbit lógico (más estable) a partir de muchos cúbits físicos (que fallan más seguido). Lo increíble es que, si se hace bien, ese cúbit lógico puede tener menos errores que cualquiera de los cúbits individuales que lo componen.
"Con Willow pudimos demostrar una propiedad muy importante: que al combinar muchos cúbits de forma específica, conocida como el código de superficie, el resultado es un cúbit (lógico) más confiable", explicó Di Paolo, del equipo de Google.
Además, Willow no es solo una pieza de laboratorio: al ser un chip, puede fabricarse usando tecnologías ya existentes, como las que se usan para hacer los procesadores de nuestras computadoras o celulares. Eso le da una ventaja para crecer y producirse a gran escala.
Diseñar este tipo de chips no es sencillo. "Hay que tomar muchas decisiones técnicas que implican tradeoffs. Y ese balance no es muy claro, uno puede elegir ir por un lado o por el otro y un pequeño cambio en alguna dirección puede afectar y desencadenar otras modificaciones en la arquitectura porque es un sistema complicado", contó el Físico.
Willow es, en resumen, un experimento clave que demostró que ciertas ideas sobre cómo construir computadoras cuánticas funcionan en la práctica. Y eso nos acerca un poco más al día en que este tipo de computadoras puedan resolver problemas que hoy son imposibles para una computadora tradicional.
Google presentó Willow recientemente, un chip cuántico con 105 cúbits que marca un paso importante hacia la creación de computadoras cuánticas más poderosas y confiables. Crédito: Reuters
Arquitectura de computación cuántica
-¿Cómo explicarías en términos simples en qué trabajás?
-Nosotros trabajamos con circuitos eléctricos superconductores que se comportan como si fueran átomos artificiales. Es decir, estos circuitos eléctricos tienen niveles de energía cuantizados, como los tienen los átomos naturales. Y usamos esos niveles para representar información y controlarla por medio de operaciones lógicas. Sin embargo, a diferencia de los átomos naturales, nuestros circuitos se pueden diseñar en gran medida, y fabricar con tecnologías compatibles con las que se usan en la fabricación de chips de computadoras tradicionales.
La electrodinámica cuántica de circuitos (circuit QED) es un arquitectura de computación cuántica basada en la combinación de cúbits superconductores y otro tipo de circuitos que llamamos resonadores. Circuit QED fue introducida en 2004 por Alexandre Blais y otros en la universidad de Yale, en principio como una solución al problema de "readout": cómo extraer información lógica de tales átomos artificiales.
Lo apasionante de circuit QED, es que propone un mapping de la interacción entre la luz y la materia (en general descritas por la electrodinámica cuántica) al régimen de microondas, donde la materia son nuestros átomos artificiales, y la luz son modos electromagnéticos cuantizados que viven en los resonadores. Una vez que uno entiende cómo este mapping funciona, muchas otras operaciones (más allá del readout) se vuelven posibles, completando la arquitectura de computación cuántica.
Además del laboratorio tiene tiempo para remar, uno de sus hobbies.
Un día en el laboratorio tecnológico
-¿Y cómo llegaste a trabajar en Google?
-Fue en un momento en el que ya estaba en el MIT, y me contactó gente de Google para hablar sobre una posición que se alineaba muy bien con mi perfil. Si bien yo recién comenzaba con mi "postdoc", pude esperar un tiempo, y un año más tarde hice la entrevista y entré a Google.
-¿Cómo es un día de trabajo en el laboratorio de Google?
-Llego a la oficina tipo 8 de la mañana, desayuno ahí y arranco la jornada hablando con colegas durante el desayuno. Google tiene un campus común para todo lo que es computación cuántica, y esto facilita la conexión con gente en todos los ámbitos de lo que estamos haciendo. El grupo es muy académico y es muy fácil comunicar contenido técnico, por ejemplo, mediante presentaciones internas.
Cuando competía en la Olimpíada de Astronomía para la EIS, El Litoral le hizo una nota. Año 2009. Crédito: Amancio Alem
-¿Hay mucha gente trabajando en el equipo de Santa Bárbara?
-Más de 200 personas. Es un problema muy interdisciplinario: desde los procesadores hasta los sistemas de refrigeración que utilizamos para lograr la superconductividad, todo se tiene que diseñar y fabricar desde cero debido a la escala en la que estamos trabajando. Hay gente muy experta en áreas que en principio poco tienen que ver, pero que tienen sentido desde el punto de vista del sistema complejo en el que trabajamos. No hay componentes que se puedan comprar en el mercado a esta escala, por así decirlo.
-¿Te sentís un privilegiado de estar trabajando ahí?
-Sí, más vale. El equipo de Google es un dream team. Es un entorno muy académico, tenemos visitas constantes de físicos brillantes, y algunos trabajan part time con nosotros. Y tengo la posibilidad de encarar proyectos interdisciplinarios con expertos en otras áreas.
-¿Cómo es tu vida social allá? ¿Tenés tiempo para otras cosas?
-Sí, es bastante social. El equipo es joven, porque el campo es nuevo, entonces hay mucha gente haciendo sus doctorados o recién saliendo del postdoctorado. Con muchos ya nos conocíamos de antes, así que tengo amigos y también recibo muchas visitas. Es un ambiente muy dinámico.
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