Darío Gil. Omicrono
Darío Gil, el español que sueña con computadores cuánticos desde el mayor laboratorio industrial del mundo
Este murciano lidera la histórica IBM Research, con 3.000 investigadores a su cargo, con alcanzar una computación cuántica escalable entre ceja y ceja.
9 noviembre, 2022 14:58Darío Gil (1975) es murciano de nacimiento y estadounidense de adopción. De hecho, la mayor parte de su vida ha transcurrido al otro lado del charco: fue a estudiar el último curso de bachillerato a California y, desde entonces, su único cambio fue de costa a costa.
Tras graduarse en Ingeniería por el Stevens Institute of Technology de Nueva Jersey, se especializó en nanotecnología en el prestigioso MIT para, finalmente doctorarse en este campo en 2003. Mismo año en el que fichó por IBM, multinacional en la que ha desarrollado toda su carrera profesional hasta llegar a la cumbre con que sueñan muchos ingenieros: dirigir IBM Research.
Esta unidad, responsable de que la multinacional azul sea la mayor fuente de patentes del mundo desde hace décadas, está distribuida en 12 centros con 3.000 investigadores de todo el mundo. Es la Meca de la I+D+I tecnológica, considerado el mayor laboratorio de investigación industrial del mundo, responsable de dar luz avances como el disquette, el disco duro, las bases de datos relacionales, los smartphones o numerosos desarrollos en semiconductores, materiales y física aplicada. En su haber, seis premios Nobel, seis premios Turing, veinte nombres en el Paseo de la Fama de Inventores de EEUU y tres premios Kavli.
[Así será el primer computador cuántico de 4.000 cúbits]
Darío Gil es su duodécimo director en 77 años de historia, que se cuentan pronto. Y, ante él, tiene dos grandes avances que pueden cambiar nuestra forma de entender la tecnología, la manida digitalización y nuestras sociedades en su máxima extensión: la inteligencia artificial y, sobre todo, la computación cuántica.
"Creo que estamos en el momento más emocionante de la historia de la computación, desde que empezamos a hablar de ella en los años cuarenta", explica Darío Gil en entrevista con D+I. "Los primeros ordenadores programables se crearon al final de la Segunda Guerra Mundial y, desde entonces, hemos ido avanzando sobre las mismas bases teóricas, sobre los mismos fundamentos. Ahora estamos introduciendo una nueva manera de entender el mundo, una verdadera reformulación de cómo entendemos la computación al incorporar principios de la física cuántica".
Darío Gil se considera un privilegiado ante este horizonte, en el que el español suena con más fuerza que en otros campos de investigación. A su propio rol al frente de IBM Research hemos de unir las potentes capacidades de la Academia en nuestro país dentro de este ámbito o el hecho de que uno de los padres de la computación cuántica, el físico Ignacio Cirac, también porte DNI español.
"El papel y el impacto de Ignacio Cirac, con quien siempre es un placer compartir tiempo, ha sido extraordinario. En mi equipo también tenemos bastantes españoles que son de los mejores del mundo en computación cuántica. Es un honor ver que somos capaces de ir avanzando en esto, que es algo bueno para España", reconoce con cierta humildad nuestro protagonista.
Lo de seguir avanzando, en este caso, no es una figura retórica: la carrera de la computación cuántica está siendo vertiginosa. IBM anunció su primer ordenador cuántico en 2016, con apenas 5 cúbits. Un año después, hizo lo propio con uno de 16 cúbits, seguido seis meses después por otro de 20 cúbits de capacidad. En aquel 2018, su mejor computador cuántico universal (esto es, diseñado con un propósito general) tenía 50 cúbits. Posteriormente, IBM presentó su procesador ‘Eagle’ de 127 cúbits en noviembre del pasado año y, hoy mismo, la compañía está presentando su nuevo equipo, 'Osprey' de 433 cúbits. El próximo año verá la luz 'Condor', el primer procesador cuántico del mundo con más de 1.000 cúbits, y para 2025 se espera el primer computador de 4.000 cúbits.
"Antes de mayo de 2016 lo que había eran laboratorios de físicos que hacían experimentos con cúbits. Pero la industria de la computación cuántica comenzó entonces, con ese primer equipo que además pusimos a disposición de todo aquel que quisiera usarlo a través de la nube. Se empezó a forjar una comunidad de científicos, ingenieros y desarrolladores de más de 450.000 personas y 210 instituciones que han corrido 3,5 billones de circuitos cuánticos en estos años", presume ahora sí Gil.
Un tiempo en que el equipo que dirige este español ha dado a la luz casi 1.500 publicaciones científicas sobre estos avances, al mismo tiempo que se iban buscando los casos de uso para una disrupción de semejante calado. "Si uno mira las prioridades de los gobiernos en 2015, ninguno incluía la computación cuántica en ellas. Ahora, en cambio, nadie duda de que existe un potencial industrial importante en este campo", añade el director de IBM Research.
"Un salto drástico"
El lanzamiento del nuevo computador cuántico de 433 cúbits es, en palabras de Darío Gil, "un salto muy drástico". No tanto en términos cuantitativos, sino por cómo se está llevando a cabo este aumento de cúbits sin que pierdan la calidad (ni la magia) al escalar.
"Hasta 'Eagle', los equipos estaban a un sólo nivel a efectos del cableado, con lo que ello implica a la hora de crear nuestro silicio para funcionar a temperaturas de superconductividad o el 'packaging' que lo envuelve. Hemos hecho un esfuerzo de ingeniería extraordinario y único para, manteniendo los cúbits en un solo plano, poder contar con un cableado de varios niveles", detalla el investigador.
Darío Gil. director del IBM Research. Omicrono
No es el único aspecto en que la computación cuántica está revolucionándose a sí misma para seguir progresando hacia su democratización. Gil reconoce tres áreas (conseguir más cúbits sin que pierdan calidad, cómo obedecen al mundo de la física cuántica y cuál es la velocidad de ejecución de los circuitos) en las que sus miras están puestas en estos momentos.
"No es tanto el chip, sino todo el sistema, desde el sistema de refrigeración hasta el cableado, pasando por el control electrónico, el software... Y cómo hacer que todo eso funcione a nivel de integración es algo enormemente sofisticado. Podemos tener un gran volumen cuántico, pero la clave es si también conseguimos un buen nivel de coherencia y una baja tasa de error", añade antes de hacer una promesa: "Con las técnicas que hemos anunciado de mitigación de errores [la última, Qiskit Runtime Primitives] tenemos bastante confianza de que se van a poder hacer las primeras demostraciones de ventaja cuántica".
Hacia la modularidad
Como es evidente, esta carrera sin parangón tiene unos límites naturales sobre los que no se puede seguir trabajando. Una frontera a la que ya comenzamos a asomarnos y que tan sólo puede ser superada de una manera: poniendo varios equipos cuánticos a trabajar a la par.
En ese sentido, la industria está trabajando en nuevas capacidades para comunicar y paralelizar operaciones de forma clásica en varios procesadores. Al mismo tiempo, se están investigando acopladores de corto alcance para conectar varios chips que formen un procesador único y más grande. Y, en última instancia, proporcionar enlaces de comunicación cuántica entre procesadores cuánticos para conectar clústeres en un sistema mayor.
"Conforme seguimos avanzando hacia los 1.000 o 4.000 cúbits, nos damos cuenta de que el chip es cada vez más grande y ahí está el límite de cuántos cúbits podemos poner en un sólo chip. Por eso debemos conectar unos con otros. Primero lo haremos con acopladores clásicos, luego con unos cuánticos pero de corta distancia y la siguiente generación ya nos permitirá llegar a distancias de hasta un metro", indica Darío Gil.
Es la antesala de la revolución añadida que la modularidad traerá a este campo de actividad: "Los sistemas serán modulares, no sólo el chip, también el cableado o la refrigeración. Será entonces cuando podamos crear la primera generación de supercomputadores cuánticos de miles o decenas de miles de cúbits".
Una labor nada sencilla, "de un nivel de complejidad altísimo", como reconoce Gil, y que requerirá de nuevas colaboraciones entre la ingeniería de sistemas, la física cuántica y la del diseño de materiales y comunicaciones ópticas. Un terreno fértil para la innovación multidisciplinar que en IBM han sabido interpretar correctamente.
"Nosotros tenemos experiencia en el mundo de los semiconductores desde el principio de la industria. Y hemos hecho movimientos muy claros para poder aprovechar esas capacidades, como integrar a todo el equipo que trabajaba en fotónica a nuestra unidad de computación cuántica. Son trabajos que llevan mucho tiempo para que funcionen, que requieren ir trabajando en paralelo en distintas líneas. Hay que tenerle respeto a los retos en nuevos materiales que son necesarios para continuar avanzando", concreta.
Trabajos colaborativos que no sólo atañen a las comunicaciones entre estos dispositivos cuánticos: también hay una enorme oportunidad de innovación en lo que se refiere a su exigente refrigeración.
"El procesador es sólo un elemento, el cerebro de la operativa. Pero cuando ves el coste total de un sistema, sólo es una parte. La refrigeración es un tema fundamental y que nosotros hemos planteado como una necesidad a la industria, porque necesitamos que haya más empresas en el ecosistema que se especialicen en ofrecer sistemas de refrigeración más avanzados", indica Darío Gil, quien sentencia: "Nosotros no queremos fabricar los sistemas de refrigeración, ni hacer todos los componentes del computador cuántico. Muchos de ellos los compraremos y nosotros nos centraremos en las partes críticas, como el propio procesador o el software".
De Feynman a Cirac y hasta hoy.
Cuando Richard Feynman planteó, hace ya 30 años, los principios de la mecánica y la electrodinámica cuántica, pocos podían pensar que eso nos llevaría a un escenario donde los computadores, la criptografía o las comunicaciones estarían basadas en sistemas cuánticos. Ya no sólo eso: también elementos de metrología, como los gravitómetros más precisos cuentan en su seno con esta clase de tecnologías.
No sería hasta finales de la década de los 90 cuando comenzara a estudiarse en profundidad desde la Academia estas posibilidades, iniciando un camino que sigue en plena ebullición.
El aterrizaje de todas las premisas sobre física cuántica en el ámbito de la computación se lo debemos, principalmente, a Ignacio Cirac y su colega Peter Zoller. Ambos publicaron, hace justo 20 años, un paper en el que planteaban los principios rectores de esta clase de sistemas. Y, desde entonces, la industria ha ido trabajando en su desarrollo hasta los anuncios de grandes computadores cuánticos de la actualidad.
