IBM anuncia el comienzo de la ¡°era de la utilidad cu¨¢ntica¡± y anticipa un superordenador en 2033

La computaci¨®n cu¨¢ntica no es solo cuesti¨®n de c¨²bits, la unidad b¨¢sica de informaci¨®n. La clave para esta tecnolog¨ªa es la conjunci¨®n de sistemas que permitan construir un ordenador ¨²til y tolerante a los fallos. La multinacional IBM ha anunciado este lunes un paso fundamental en este sentido al presentar tres avances: un procesador de 1.121 c¨²bits denominado C¨®ndor (el mayor conocido); Heron, un chip de 133 c¨²bits desarrollado para su interconexi¨®n y basado en una arquitectura conocida como ¡°tunable coupler¡±; y un nuevo System Two, un sistema modular y flexible para combinaciones m¨²ltiples de estos procesadores con enlaces de comunicaci¨®n cu¨¢ntica y cl¨¢sica. Estos avances, unidos a las nuevas f¨®rmulas de mitigaci¨®n y correcci¨®n de errores, anticipan lo que Dar¨ªo Gil, vicepresidente de IBM y director de la divisi¨®n de investigaci¨®n (IBM Research), califica como ¡°la nueva era de utilidad cu¨¢ntica¡±, que podr¨ªa desembocar, seg¨²n sus previsiones, en un superordenador b¨¢sicamente cu¨¢ntico, pero con sistemas cl¨¢sicos y con correcci¨®n modular de errores en 2033.

Los ¨²ltimos desarrollos de IBM han hecho saltar por los aires la propia hoja de ruta de la multinacional, que ha cumplido hasta ahora con precisi¨®n matem¨¢tica, para llegar m¨¢s lejos y antes de lo previsto al ¡°desbloqueo de todo el poder de la computaci¨®n cu¨¢ntica¡±, seg¨²n la nueva senda tecnol¨®gica presentada este lunes.

Superar los errores, en palabras de Jian-Wei Pan, f¨ªsico de la Universidad de Ciencia y Tecnolog¨ªa de China, ¡°es uno de los grandes desaf¨ªos para el ser humano¡±. Los fallos se generan por cualquier interacci¨®n con el medio ambiente (ruido, ondas o temperatura, por ejemplo) y provocan que la superposici¨®n de estados (la propiedad f¨ªsica que permite a una part¨ªcula estar en una posici¨®n A y B al mismo tiempo) se degrade hasta hacerla in¨²til. Esa superposici¨®n es lo que permite una capacidad exponencial de la computaci¨®n cu¨¢ntica frente a la binaria cl¨¢sica, que se limita al 0 o 1 del bit. De esta forma, si dos bits pueden almacenar un n¨²mero, dos c¨²bits almacenan cuatro y diez c¨²bits pueden tener 1.024 estados simult¨¢neos.

Para llegar a esa meta de sistemas ¨²tiles y tolerantes, IBM cree haber dado con las puertas que lo pueden permitir y que se fundamentan en avances de los procesadores, en los sistemas de interconexi¨®n de estos para permitir una computaci¨®n robusta y en la mitigaci¨®n y correcci¨®n de errores.

El aumento de capacidad singular lo ha conseguido IBM otra vez. ¡°El C¨®ndor vuela¡±, bromea Gil ante el hito del nuevo procesador cu¨¢ntico que sucede al Osprey, presentado el pasado a?o con 433 c¨²bits, capaz de representar un n¨²mero de estados superior a la cantidad de ¨¢tomos en el universo observable. Pero casi triplicar la capacidad del procesador no es lo ¨²nico alcanzado. ¡°Muchas cosas han pasado este a?o simult¨¢neamente¡±, explica Gil.

El principal logro es que IBM considera que ya no es imprescindible continuar aumentado la capacidad de un procesador ¨²nico, sino que se puede alcanzar la computaci¨®n cu¨¢ntica pr¨¢ctica con otro m¨¦todo. ¡°Vamos a hacerlo a trav¨¦s de modularidad, con muchos chips conectados unos con otros de tal manera que podamos crear el superordenador¡±, asegura Gil.

Estos chips, que ser¨ªan como las piezas de un juego de construcci¨®n, son ahora los IBM Quantum Heron de 133 c¨²bits, creados a partir de una nueva arquitectura denominada tunable coupler. Esta ingenier¨ªa permite plataformas de informaci¨®n cu¨¢ntica de mayor tama?o y funcionalidad. ¡°Heron puede combinarse modularmente e incorporar la comunicaci¨®n cl¨¢sica para acelerar los flujos de trabajo. Con el tunable coupler podemos ajustar la frecuencia de los c¨²bits y conseguir un procesador mucho mejor que el anterior¡±, explica Gil. Esta arquitectura se complementa con los 4K cryo-CMOS, controladores de estado de c¨²bits semiaut¨®nomos, de baja potencia y ¡°del tama?o de una u?a¡±.

¡°Heron es nuestro mejor procesador cu¨¢ntico en cuanto a rendimiento hasta la fecha. Supone una mejora de hasta cinco veces con respecto al dispositivo insignia: el Eagle¡±, a?ade Matthias Steffen, jefe de arquitectura cu¨¢ntica de la compa?¨ªa y de tecnolog¨ªas de procesadores.

La base de la interconexi¨®n de los chips Heron es la nueva generaci¨®n del System Two, el sistema dise?ado para combinar de forma modular y flexible m¨²ltiples procesadores en un solo sistema con enlaces de comunicaci¨®n. Esta red es el componente b¨¢sico de la supercomputaci¨®n cu¨¢ntica, ya que permite escalar el potencial computacional sin tener que progresar indefinidamente en la capacidad singular de un solo procesador.

¡°El System Two permitir¨¢ nuevas generaciones de procesadores centrados en tecnolog¨ªa cu¨¢ntica, con una infraestructura central totalmente escalable y modular que permitir¨¢ ejecutar circuitos como nunca¡±, asegura Steffen.

El nuevo modelo ha llevado a repensar los pr¨®ximos desarrollos. Gil afirma que ¡°todas las generaciones siguientes van a estar basados en ¨¦l¡±. ¡°Estamos convencidos de que no necesitamos aumentar m¨¢s el n¨²mero de c¨²bits por unidad de procesador. El futuro va a ser cientos y miles de procesadores, cada uno m¨¢s peque?o de 1.000 c¨²bits, conectados entre s¨ª¡±, asegura.

El elemento clave que abri¨® las puertas de esta nueva senda fue la investigaci¨®n publicada en Nature y que demostr¨® que un procesador de IBM de solo 127 c¨²bits es capaz de medir valores esperados en operaciones de f¨ªsica m¨¢s all¨¢ de las capacidades de los mejores m¨¦todos computacionales cl¨¢sicos actuales. ¡°Nos permite entrar en la era que hemos denominado de la utilidad cu¨¢ntica, en la que ya se pueden hacer c¨¢lculos de una manera mucho m¨¢s eficiente y robusta de lo que se puede hacer con cualquier tipo de simulador o con cualquier tipo de computaci¨®n cl¨¢sica¡±, asegura Gil.

Katie Pizzolato, responsable de algoritmos cu¨¢nticos y socios cient¨ªficos de la compa?¨ªa, cree que se trata de un momento disruptivo: ¡°Fue la primera vez que una computadora cu¨¢ntica produjo valores precisos a una escala que estaba fuera del alcance de la computaci¨®n cl¨¢sica de fuerza bruta y la respuesta desde entonces ha sido exactamente lo que esper¨¢bamos; desde este art¨ªculo hemos visto a muchas personas publicando investigaciones que usan la cu¨¢ntica como una herramienta¡±.

Ya no se trata solo del Qiskit, un entorno de sistemas cl¨¢sicos y cu¨¢nticos que permite llevar a la programaci¨®n las soluciones frente al ruido y facilitar a los usuarios que incorporen la computaci¨®n m¨¢s avanzada. ¡°Ahora hemos roto la barrera de los m¨¢s de 100 c¨²bits con suficiente calidad¡±, resalta el directivo espa?ol en referencia a la investigaci¨®n de Nature. Y anuncia: ¡°Combinados con la mitigaci¨®n de errores, van a permitir una explosi¨®n cient¨ªfica¡±.

Jay Gambetta, vicepresidente de IBM Quantum, destaca que ese desarrollo de programas se ver¨¢ favorecido por la inteligencia artificial: ¡°Todo el poder de la computaci¨®n cu¨¢ntica ser¨¢ impulsado por la IA generativa, que simplificar¨¢ la experiencia del desarrollador¡±.

¡°Hay muchos problemas que afrontar y la naturaleza sabe c¨®mo, pero no nos lo dice¡±, resume Stefan Woerner, director de Ciencia Computacional Cu¨¢ntica en la sede de IBM en Z¨²rich (Suiza). El cient¨ªfico afirma que el objetivo final es llegar a una computaci¨®n cu¨¢ntica fundamentada en tres criterios: que sea m¨¢s eficiente, barata y precisa. El modelo demostrado en Nature, seg¨²n afirma, ha sido ¡°crucial¡± para avanzar en esta senda.

¡°Ser¨¢ muy extra?o que cualquier plataforma importante en la nube no tenga computaci¨®n cu¨¢ntica en 2030. Esta va a ser m¨¢s impactante que la inteligencia artificial y los actuales supercomputadores¡±, cree Christian Weedbrook, director de Xanadu Quantum Technologies. ¡°La computaci¨®n cu¨¢ntica cambiar¨¢ las relaciones entre la gente, la tecnolog¨ªa y el trabajo¡±, a?ade Soney Trent, fundador y presidente de la tambi¨¦n empresa tecnol¨®gica Bulls Run Group.

Las investigaciones cu¨¢nticas contin¨²an y todas contribuyen al desarrollo de esta tecnolog¨ªa. Investigadores del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energ¨ªa de los Estados Unidos (DOE), la Universidad de Chicago y la Universidad de Cambridge ha creado a partir del diamante c¨²bits m¨¢s controlables y que pueden operar con equipos y gastos significativamente reducidos, seg¨²n han publicado en Physical Review X. ¡°Nuestra t¨¦cnica permite elevar dr¨¢sticamente la temperatura de funcionamiento de estos sistemas y reduce mucho los recursos para operarlos¡±, afirma Alex High, profesor asistente de la Escuela de Ingenier¨ªa Molecular Pritzker de la Universidad de California, cuyo laboratorio dirigi¨® el estudio.

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