Centros de datos cuánticos estratosféricos: la próxima nube

¿Qué pasaría si la "computación en la nube" se volviera literal? Los científicos están explorando Desplegando computadoras avanzadas en la estratosfera para abordar uno de los problemas centrales de la computación cuántica.

Si se implementa, este modelo único way a solve El problema puede ahorrar en costos de refrigeración y cambiar por completo el camino we know y pensar of 'computación en la nube'

El creciente costo de enfriar los centros de datos cuánticos

Computadoras cuánticas son un tipo de computadora que utiliza La mecánica cuántica permite realizar cálculos complejos mucho más rápido que las computadoras clásicas.

A diferencia de las computadoras clásicas, que almacenan y procesan datos en bits (es decir, ceros o unos), las computadoras cuánticas utilizan qubits que pueden existir en múltiples estados al mismo tiempo, un fenómeno llamado superposición, y también pueden vincularse entre sí, un fenómeno llamado entrelazamiento. Estas propiedades permiten a las computadoras cuánticas explorar muchas posibilidades simultáneamente.

Con los qubits como unidad de datos fundamental, las computadoras cuánticas pueden realizar cálculos paralelos avanzados y disfrutar de una capacidad de almacenamiento significativamente mayor. Sin embargo, los qubits son muy sensibles al ruido ambiental, como calor, vibración e interferencia electromagnética.

Están simplemente Son muy frágiles y, por lo tanto, se mantienen a temperaturas extremadamente bajas para evitar errores causados ​​por el ruido y garantizar un funcionamiento adecuado..

La mayoría de los sistemas cuánticos en realidad operan a temperaturas tan bajas como varios mK hasta 10 K.

Así, mientras que los centros de datos cuánticos (QDCs) tener el potencial de completar una tarea dos veces más rápido que a tradicional uno, ellos consumen ten veces más energía debido a el uso de Sistemas de refrigeración criogénica de alto consumo energético.

Como resultado, there is una necesidad a mirar en las QDCs aspectos termodinámicos en orden para reducir las consumo de energía de refrigeración of estos centros de datos.

Algunas de las principales técnicas de enfriamiento utilizadas en los centros de datos para chips cuánticos incluyen el enfriamiento por láser, la refrigeración por dilución y la refrigeración por tubo de pulso, con tecnologías avanzadas como el uso del efecto magnetocalórico (un fenómeno en el cual los materiales magnéticos se calientan cuando se aplica un campo magnético y se enfrían cuando se elimina el campo) en supersólidos que también están ganando impulso.

Otra técnica implica sumergir circuitos cuánticos en el raro fluido criogénico helio-3., que se convierte en un superfluido a temperaturas extremadamente bajas y exhibe propiedades cuánticas únicas.

Aún así, lograr y mantener entornos criogénicos para qubits demanda un coste y una energía sustanciales, lo que supone una barrera importante para computación cuántica adopción y escalamiento up Esta tecnología que emerge rápidamente.

Esta Se requieren enfoques de ingeniería innovadores que puedan permitir la computación cuántica de alto rendimiento.

Un estudio de investigadores de la KAUST ha logrado precisamente eso al proponer el despliegue de procesadores cuánticos en plataformas de gran altitud (HAP) estratosféricas. Los procesadores se alojarán en dirigibles que vuelen. a través de la estratosfera a una altitud de unos 20 kilómetros (12.4 millas), donde la temperatura ambiente es de -50°C (aproximadamente -58 °F). 

Al aprovechar estas condiciones naturalmente frías, los investigadores pretenden reducir significativamente las demandas de enfriamiento de los QDC y permitir una computación cuántica sustentable y de alto rendimiento.

Transformando dirigibles en centros de datos criogénicos alimentados con energía solar

La nueva propuesta de los investigadores de Arabia Saudita Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah (KAUST)), publicado en la revista npj Wireless Technology¹, detalla un nuevo marco para implementar computadoras cuánticas en la estratosfera utilizando dirigibles..

También demuestra que su enfoque único hacia la computación cuántica ecológica y de implementación flexible en la atmósfera superior ofrece Eficiencia energética superior. Además, el sistema tiene un mejor rendimiento computacional. que los centros de datos terrestres tradicionales.

“Al operar por encima de las nubes y los sistemas meteorológicos, el dirigible tiene acceso a una irradiación solar predecible y sin obstáculos”.

– Autor principal, Basem Shihada de KAUST

Llene la Aprovechar las condiciones de frío of En la estratosfera, el equipo propone plataformas de gran altitud habilitadas para computación cuántica (QC-HAP). Estas aeronaves estratosféricas albergarán los dispositivos cuánticos encerrados en criostatos para mantener la temperatura criogénica requerida. 

Sí, todavía se necesitan criostatos para mantener estados cuánticos, pero a tal altura, las temperaturas ambientales naturalmente bajas reducen drásticamente la energía necesaria para el enfriamiento criogénico. 
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Además, los dirigibles estarán equipados con paneles solares para convertir la luz solar en energía eléctrica y baterías de litio y azufre para garantizar un funcionamiento sin problemas durante la noche y en condiciones climáticas adversas.

Según el artículo, los rayos cósmicos, partículas de alta energía producidas por el sol, tendrían un impacto insignificante en la confiabilidad de los sistemas de computación cuántica estratosférica, lo que afirma la viabilidad estratosférica de la plataforma. 

Los QC-HAP posicionados en el cielo estar vinculado a centros de datos cuánticos en tierra.

Para ello, los HAP enviarían información codificada en ondas de luz. vía Comunicación óptica en espacio libre (FSO). En condiciones de nubosidad, se utilizarán enlaces de radiofrecuencia como respaldo.

Para evitar la degradación y la decoherencia de la señal a medida que los datos viajan a través de la atmósfera, el equipo sugiere utilizar plataformas intermedias transportadas por globos a altitudes más bajas. como estaciones repetidoras.

La ventaja de los QC-HAP es que pueden trasladarse a cualquier lugar donde se necesiten, ya sean puntos de acceso con alta demanda o regiones remotas. Esta implementación flexible amplía la cobertura de la computación cuántica, alivia los cuellos de botella computacionales y reduce la latencia.

Además, se pueden vincular entre sí para aumentar la potencia computacional general, formando "una flota dinámica capaz de brindar servicios de computación cuántica escalables y bajo demanda en todo el mundo", dijo el coautor del estudio, Wiem Abderrahim, quien actualmente es investigador en la Universidad de Cartago en Túnez.

Esta arquitectura de constelación multi-HAP escalable puede superar las limitaciones energéticas individuales y mejorar las ventajas computacionales.

Según los cálculos de los investigadores, su solución alimentada con energía solar podría reducir la demanda de refrigeración en un 21% en comparación con centros de computación cuántica equivalentes en la Tierra.

Los investigadores utilizaron el enfoque de dos formas principales de computación cuántica por su madurez, estabilidad, escalabilidad y tiempo de coherencia. La reducción en la demanda de enfriamiento varía según la arquitectura del qubit porque cada tipo opera a un rango de temperatura criogénica diferente.

Un enfoque utiliza cúbits basados ​​en iones atrapados enfriados a aproximadamente 4K (aproximadamente –269 °C). Este enfoque es el que más se beneficia del concepto QC-HAP. El otro utiliza circuitos superconductores que funcionan a temperaturas entre 10 y 20 mK.

Su análisis también muestra que estos HAP habilitados cuánticamente admiten un 30% más de qubits que los QDC terrestres mientras mantienen tasas de error más bajas, especialmente cuando se aprovecha Capacidades de hardware avanzadas.

Además de los qubits, el ahorro energético logrado por el sistema cuántico estratosférico también depende de la arquitectura del centro de datos, señaló el estudio..

Si bien es poderoso, este concepto futurista está muy lejos de su implementación práctica y requiere avances significativos en hardware de computación cuántica, como sistemas robustos para identificar y corregir errores, particularmente durante la transmisión.

También hay las características únicas del entorno estratosférico, como las variaciones estacionales en la irradiación solar y las condiciones climáticas que impactan la energía solar recolectada y, a su vez, afectan la eficiencia energética de la plataforma propuesta, que requiere una consideración cuidadosa.

El estudio se centrará en las futuras investigaciones sobre cómo los factores ambientales afectan a los sistemas cuánticos y en Desarrollar diseños robustos para la implementación en el mundo real de QC-HAP. 

“Nuestros próximos pasos son pasar de la etapa conceptual y analítica a estudios más centrados en la implementación”.

– El coautor del estudio, Osama Amin

De cara al futuro, los investigadores esperan que las soluciones cuánticas aéreas no reemplacen a los centros de datos terrestres convencionales, sino que coexistan en un marco de computación en la nube híbrida.

La carrera global para hacer realidad las computadoras cuánticas

Mientras los investigadores exploran plataformas cuánticas basadas en el cielo, los principales actores de la industria continúan avanzando en el hardware necesario para la era cuántica que estas plataformas eventualmente podrían respaldar. 

IBM (IBM ), por ejemplo, se encuentra entre aquellos profundamente involucrados en las computadoras cuánticas, con la esperanza de entregar Starling, una computadora cuántica tolerante a fallas a gran escala, antes de que termine la década.

Recientemente, la compañía anunció el desarrollo de nuevas unidades de procesamiento cuántico (QPU) que son esperados para ayudar ellos lograr una ventaja cuántica al igual que una computadora cuántica totalmente tolerante a fallos.

Con 120 qubits, IBM Quantum Nighthawk es Debido primer procesador nuevo que puede procesar Cálculos cuánticos un 30% más complejos que el QPU anterior de IBM (R2 Heron). Cada uno de estos qubits puede conectarse con el más cercano four vecinos gracias a acopladores sintonizables. Este marco permitirá a los científicos explorar problemas que requieren 5,000 puertas de dos qubits, y IBM espera tener Versiones futuras de Nighthawk entregar hasta 10,000 puertas para finales de 2027.

IBM Loon es el otro procesador más pequeño, que tiene 112 qubits y todos los elementos de hardware necesarios para una tolerancia total a fallos para abordar la alta tasa de fallos en cúbits. Esta ayudará al equipo a aprender de antemano sobre Kookaburra, otro procesador de prueba de concepto, que será la primera QPU de diseño modular que almacenará y procesará información codificada. se espera año siguiente.

Además, IBM compartió que su nueva formato de La fabricación de procesadores cuánticos en una oblea de 300 mm (12 pulgadas) reduce a la mitad el tiempo necesario para construir cada uno y aumenta las complejidad física de patatas fritas por 10x.

Mientras el hardware se acelera, los plazos para la implementación de la tecnología cuántica convencional varían drásticamente entre los líderes de la industria.

Las computadoras cuánticas, según Intel (INTC ) El exdirector ejecutivo Pat Gelsinger se popularizará mucho más rápido, en unos dos años, y marcará el fin de las GPU. Mientras tanto, Nvidia (NVDA ), un actor dominante en el mercado de GPU, ha dicho que tomará dos décadas para que la tecnología cuántica se generalice.

"Nos dirigimos hacia la década o dos más emocionantes para los tecnólogos", dijo Gelsinger en una entrevista con el FT. También llamó a la computación cuántica la “santa trinidad” de las informática mundo, junto con la informática clásica y la IA.

Pero aunque Gelsinger también cree que un “avance cuántico” hará estallar la burbuja de la IA, Sundar Pichai, de Google, lo ve como el próximo auge de la IA.

El CEO de la tercera empresa más grande del mundo by Con una capitalización de mercado de 3.86 billones de dólares, dijo en una entrevista reciente que la computación cuántica se está acercando rápidamente a un momento decisivo similar al que experimentó la IA hace unos años.

Diría que la cuántica ya está aquí, donde quizás la IA ya estaba hace cinco años. Así que creo que dentro de cinco años estaremos atravesando una fase muy emocionante en la cuántica.

– Pichai

Y Google se está posicionando agresivamente para este cambio. Según Pichai:

“Contamos con los esfuerzos de computación cuántica más avanzados del mundo… creo que construir sistemas cuánticos nos ayudará a simular y comprender mejor la naturaleza y a generar muchos beneficios para la sociedad”.

Reforzando esta trayectoria, justo el mes pasado, Investigadores de Google Quantum AI reportaron la aplicación de un código de superficie² utilizando tres circuitos dinámicos distintos. Esta abre nuevas posibilidades para la aplicación en el mundo real de la conocida técnica de corrección de errores cuánticos (QEC) y también podría ayudar a desarrollar métodos más confiables. computadoras cuánticas

La QEC es la clave para que estas computadoras funcionen de forma fiable. También es esencial para construir computadoras cuánticas tolerantes a fallos, pero «implementar la QEC supone un reto considerable porque los circuitos de detección y corrección de errores son complejos y exigen operaciones extremadamente precisas», afirmó el coautor Matt McEwen.

El código de superficie en cuestión funciona organizando qubits en una cuadrícula 2D y luego verificando repetidamente si hay fallas.

Anteriormente, McEwen trabajó en una propuesta teórica que muestra que hay múltiples formas de implementarlo, en particular demostrando la viabilidad de tres implementaciones distintas de código de superficie dinámica: circuitos hexadecimales, iSWAP y de caminata.

Sobre esta base, el equipo pasó a trabajar en la prueba que trabajan en experimentos en condiciones del mundo real. 

Al realizar pruebas, descubrieron que los circuitos iSWAP mejoraron las supresión de errores por 1.56 veces y el circuito de caminata por 1.69 veces, mientras que el circuito hexagonal también lo hizo 2.15 veces.

“La principal conclusión de nuestro trabajo es confirmar que estas implementaciones de circuitos dinámicos funcionan en la realidad”.

– McEwen

Los avances en la estabilidad de los qubits también se están acelerando. Ingenieros de Princeton fueron recientemente capaz de ampliar tiempos de vida de los qubits³ en su última investigación, que fue financiado parcialmente por Google Quantum AI.

Un gran paso hacia el desarrollo de computadoras cuánticas útiles: los ingenieros crearon un qubit superconductor que permaneció estable durante más de 1 milisegundo, tres veces más que las versiones más potentes existentes.

“El verdadero desafío, lo que nos impide tener computadoras cuánticas útiles hoy en día, es que al construir un cúbit, la información simplemente no dura mucho”, dijo el coautor Andrew Houck, decano de ingeniería de Princeton. “Este es el siguiente gran avance”.

Para confirmar la mejora en la coherencia de los qubits, los investigadores construyeron un chip cuántico funcional utilizando la nueva arquitectura, que es similar a los sistemas desarrollados por Google y IBM (IBM ). 

La opción de qubit transmon utilizada se basa en circuitos superconductores que operan a temperaturas extremadamente altas. frío temperaturas y oferta sólida Protección desde ruido ambiental. También funcionan bien con los procesos de fabricación actuales. Sin embargo, aumentar el tiempo de coherencia de estos cúbits resulta extremadamente difícil.

Entonces, el equipo de Princeton rediseñó el qubit, utilizando las Tantalio excepcionalmente robusto para prevenir las pérdida de energía y silicio de alta calidad ampliamente disponible como sustrato. Este chip de tantalio y silicio no sólo es más fácil de producir en masa sino que también supera los diseños actuales.

La combinación de estos dos, junto con el perfeccionamiento de las técnicas de fabricación, llevó al equipo a lograr una de las mejoras más significativas en la historia del transmon. Una computadora hipotética de 1,000 qubits puede trabajar Aproximadamente mil millones de veces mejor si el mejor diseño actual de la industria is intercambiado con Princeton design debido a sus mejoras la ampliación exponencialmente con el tamaño del sistema, dijo Houck.

Théau Peronnin, director ejecutivo de Alice & Bob, una empresa que desarrolla un sistema de computación cuántica tolerante a fallos con Nvidia (NVDA ), dijo recientemente que, aunque la tecnología cuántica aún no está lo suficientemente avanzada como para amenazar los sistemas criptográficos actuales, podría volverse lo suficientemente poderosa como para descifrarlos unos años después de 2030.

Esta representa una amenaza no sólo para Bitcoin (BTC ) y criptomonedas, sino también a todo el cifrado bancario. En una entrevista con Fortune, declaró:

La promesa de la computación cuántica es una aceleración exponencial, pero si se amplía la curva exponencial, se vuelve completamente plana, y entonces se convierte en un muro vertical. Así que estamos apenas al comienzo de la inflexión. Actualmente, no es más potente que un teléfono inteligente. Pero en un par de años, será más potente que la supercomputadora más grande jamás creada."

Sin embargo, las empresas están trabajando en soluciones, mientras que los investigadores están ampliando el alcance de las redes cuánticas. El mes pasado, investigadores de la Escuela Pritzker de Ingeniería Molecular de la Universidad de Chicago (UChicago PME) aumentó el rango de conexiones cuánticas³ desde unos pocos kilómetros hasta 2,000 km.

“Por primera vez, la tecnología para construir una Internet cuántica a escala global está a nuestro alcance."

– Profesor asistente Tian Zhong

En su estudio, el equipo aumentó el tiempo de coherencia de átomos de erbio individuales de 0.1 milisegundos a más de 10 milisegundos y, en un caso, incluso alcanzaron los 24 milisegundos.

La innovación aquí fue edificio Los cristales críticos para Para crear entrelazamiento cuántico de una manera diferente. Para ello, ellos utilizado epitaxia de haz molecular (MBE), cual es similar a la impresión 3D. “Comenzamos sin nada y luego ensamblamos este dispositivo átomo por átomo," Añadió: “La calidad o pureza de este material es tan alta que las propiedades de coherencia cuántica de estos átomos se vuelven magníficas”.

Invertir en tecnología cuántica

IonQ, Inc. (IONQ ) Es una empresa dedicada exclusivamente a la computación cuántica que desarrolla y comercializa computadoras cuánticas, con especial atención a los cúbits de iones atrapados. Ofrece hardware cuántico a través de importantes plataformas en la nube. Esto facilita el acceso a la computación cuántica y la posiciona para su adopción comercial a medida que la computación cuántica avanza hacia su uso en el mundo real. 

El rendimiento de las acciones de IonQ lo refleja, ya que sus acciones cotizan actualmente a $48.10, una caída del 21 % en el último mes, pero un aumento de más del 18 % en lo que va del año y del 67.56 % en los últimos tres años. Presenta un BPA (TTM) de -5.35 y un PER (TTM) de -9.21.

En cuanto a la solidez financiera de la compañía, reportó ingresos de $39.9 millones en el tercer trimestre de 2025, un aumento interanual del 222%. Su pérdida neta fue de $1.1 mil millones, mientras que el BPA según los PCGA fue de ($3.58) y el BPA ajustado fue de ($0.17).

IonQ tenía $1.5 mil millones en efectivo, equivalentes de efectivo e inversiones al final del trimestre. 

Alcanzamos nuestro hito técnico de 2025, #AQ 64, tres meses antes, liberando 36 cuatrillones de veces más espacio computacional que los principales sistemas superconductores comerciales. Logramos un hito verdaderamente histórico al demostrar un rendimiento récord mundial del 99.99 % en puertas de dos cúbits, lo que confirma nuestro camino hacia los 2 millones de cúbits y los 80 000 cúbits lógicos en 2030."

– Director ejecutivo Niccolo de Masi

Durante este trimestre, IonQ también completó la adquisición de Oxford Ionics y Vector Atomic y se le adjudicó un nuevo contrato con Oak Ridge National Laboratorio para desarrollar flujos de trabajo cuántico-clásicos acelerados y aplicaciones energéticas avanzadas.

Haga clic aquí para obtener una lista de las cinco principales empresas de computación cuántica.

Últimas noticias sobre las acciones de IonQ, Inc. (IONQ)

Conclusión: Cuando “la nube” se vuelve cuántica

La computación cuántica está evolucionando rápidamente, pasando de ser una simple curiosidad de laboratorio a una carrera tecnológica global, donde gigantes de la industria como IBM, Google y Nvidia están impulsando las capacidades del hardware a niveles sin precedentes. Mientras tanto, avances en la coherencia de cúbits, la computación cuántica...La corrección de errores y el entrelazamiento a larga distancia están resolviendo de manera constante los antiguos desafíos del campo.

En medio de esto, la propuesta de KAUST es trabajar para hacer que la “computación en la nube”" una realidad tangible, impulsada por temperaturas criogénicas naturales y luz solar perpetua. 

Estos avances muestran que nos estamos acercando a un punto de inflexión histórico. En la próxima década, es una posibilidad muy real que la computación cuántica finalmente pase de la teoría a la sentido práctico, remodelando el cifrado, la ciencia y finalmente Tal vez incluso el significado de “la nube”" misma.

Haga clic aquí para obtener una lista de las principales acciones de computación en la nube.

Referencias

1. Abderrahim W., Amin O. y Shihada B. Computación cuántica verde en el cielo. Tecnología inalámbrica npj 1, Artículo 5 (2025). https://doi.org/10.1038/s44459-025-00005-y
2. A. Eickbusch, M. McEwen, V. Sivak, A. Bourassa, J. Atalaya, J. Claes, D. Kafri, C. Gidney, C. Warren, J. Gross, A. Opremcak, N. Zobrist, KC Miao, G. Roberts, KJ Satzinger, A. Bengtsson, M. Neeley, WP Livingston, A. Greene, R. Acharya, L. Aghababaie Beni, G. Aigeldinger, R. Alcaraz, TI Andersen, M. Ansmann, F. Arute,…, A. Morvan et al. Demostración de códigos de superficie dinámicos. Física de la naturaleza, 2025, Artículo publicado el 17 de octubre de 2025. https://doi.org/10.1038/s41567-025-03070-w
3. Gupta, S., Huang, Y., Liu, S., Pei, Y., Gao, Q., Yang, S., Tomm, N., Warburton, RJ, y Zhong, T. (2025). Interfaces epitaxiales duales de espín-fotón en telecomunicaciones con coherencia de larga duración. Nature Communications, 16, 9814. https://doi.org/10.1038/s41467-025-64780-6