Comienza el camino hacia el procesador cuántico de 1.000 cúbits, con la mitigación de errores como gran objetivo

La computación cuántica sigue antojándose como una tendencia de futuro, pero su presente está siendo cada vez más interesante. Tal es así que algunas de las compañías más aventajadas en esta carrea, como la estadounidense IBM, siguen profundizando en sus capacidades, aumentando no sólo el número de cúbits de estos sistemas, sino también resolviendo algunas de sus problemáticas asociadas en términos de errores o de complejidad operativa.

En ese sentido, durante el IBM Quantum Summit 2023, la firma ha dado a conocer Quantum Heron, su procesador cuántico más avanzado hasta la fecha, diseñado meticulosamente durante cuatro años para alcanzar las tasas de error más bajas y el rendimiento más alto en la historia de la computación cuántica de la compañía.

Con un recuento de 133 cúbits, el Quantum Heron es la joya de la corona en la nueva serie de procesadores cuánticos de IBM, logrando tasas de error que son cinco veces menores en comparación con su predecesor, el Quantum Eagle. Esta mejora representa un cambio de juego para los investigadores y la industria, permitiendo la ejecución de circuitos cuánticos más largos y profundos con una precisión sin precedentes.

[Los dos españoles que aterrizan la computación cuántica para que sea real: Darío Gil y Mikel Díez]

En el corazón de la arquitectura del Heron residen los acopladores ajustables, que permiten realizar operaciones cuánticas entre cúbits con una fidelidad superior y una mínima interferencia. La capacidad del Heron para manejar más de 5.000 puertas lógicas cuánticas allana el camino para explorar complejidades que antes eran inaccesibles, abriendo puertas a avances significativos en campos tan variados como la química, la física de materiales y la criptografía.

En cuanto a la escalabilidad y el ruido en las computadoras cuánticas, el enfoque modular y el diseño de productos más grandes son cruciales. Aunque el ruido siempre será un factor fundamental, como admiten desde la compañía a D+I - EL ESPAÑOL, IBM está trabajando para mitigarlo y mejorar la coherencia operativa en sus dispositivos de gran escala, lo que permitirá ejecutar circuitos más grandes y explorar más capacidades.

De la creación del código a la IA

La integración del software es tan crucial como el hardware, y aquí es donde entra en juego Qiskit 1.0, que verá la luz en febrero del próximo año. Qiskit, que ha sido el pilar del desarrollo cuántico desde su lanzamiento en 2017, se estabiliza como un marco fiable y robusto para la creación de algoritmos cuánticos. La nueva incorporación de 'Qiskit Patterns' permitirá a los desarrolladores crear códigos cuánticos con mayor facilidad, sin necesidad de una profunda comprensión de la investigación cuántica, democratizando aún más el campo.

Detalle de la operativa de Qiskit 1.0, la plataforma de desarrollo de algoritmos cuánticos de IBM.

La multinacional también está innovando con la integración de la IA generativa en la programación de códigos cuánticos a través de watsonX, simplificando significativamente la experiencia de desarrollo. Los modelos de IA generativa podrán automatizar el desarrollo de código y optimizar los circuitos cuánticos, haciéndolos más accesibles y potentes.

Mitigar los errores

La arquitectura del recién anunciado Quantum Heron, con su diseño modular y sus acopladores ajustables, desempeña un papel crucial en esta nueva estrategia de corrección de errores. El Gigante Azul ha diseñado acopladores de corto y largo alcance, los cuales permiten configuraciones flexibles y robustas de cúbits que son esenciales para implementar códigos de corrección de errores a gran escala. Estos acopladores permiten a los cúbits interactuar con una precisión inédita, reduciendo así el ruido y mejorando la coherencia de los cúbits.

[Computación cuántica: la tecnología que enfrenta a España con el País Vasco]

Además, el Quantum Heron se jacta de lograr tasas de error de tan solo 0.3 a 0.4%, una mejora de cuatro a cinco veces respecto a los dispositivos previos. Este avance es fundamental para realizar operaciones cuánticas más complejas y extensas, abriendo el camino para explorar nuevos dominios científicos y tecnológicos con la computación cuántica.

Hoja de ruta ambiciosa

Extendiendo su hoja de ruta de desarrollo por diez años más, IBM ha dividido sus planes en dos rutas: una de desarrollo y otra de innovación. 

La hoja de ruta de desarrollo ilustra un progreso técnico específico, enfocado en la transición de escalar simplemente el número de cúbits a mejorar su calidad. Con metas ambiciosas, IBM planea aumentar la calidad de las operaciones de los cúbits por un factor de cinco en los próximos cinco años. Este enfoque prioriza la ejecución de experimentos de utilidad que empujen los límites de la computación cuántica como una herramienta para el avance científico.

Hoja de ruta en computación cuántica de IBM.

Por otro lado, la hoja de ruta de innovación destaca los avances tecnológicos que incluyen el desarrollo y la implementación de acopladores MLAC, fundamentales para la estrategia de corrección de errores. Estos elementos serán incorporados en procesadores futuros, como los codiciados Heron y Condor, sentando las bases para sistemas cuánticos con corrección de errores completamente operativos.

Un hito sobresaliente en la hoja de ruta es para el año 2029, donde la multinacional estadounidense anticipa la realización de un "salto cuántico" con la capacidad de ejecutar 100 millones de puertas en 1.000 cúbits. Este avance promete un aumento exponencial en la capacidad de resolución de problemas y la utilidad práctica de la computación cuántica. Será con el sistema Condor, que no solo elevará la escala de operaciones cuánticas, sino que también se espera que mejore significativamente la calidad de las operaciones de puertas lógicas cuánticas.

En términos de aplicaciones prácticas, los circuitos cuánticos más largos y profundos se aplicarán en áreas como la física de la materia condensada y la física de altas energías, explorando estados fundamentales y extendiendo las capacidades de los circuitos para mapear problemas más complejos.

IBM no solo propone una hoja de ruta, sino que también establece un ecosistema de colaboración con socios en la academia y la industria, fomentando una comunidad que abarca desde investigadores y científicos de datos hasta físicos cuánticos. Con esta iniciativa, la empresa pretende acelerar el descubrimiento de algoritmos cuánticos y el desarrollo de aplicaciones prácticas.