Despegando con Heron y Condor: Los últimos avances en computadoras cuánticas

IBM acaba de anunciar el último avance en su misión de hacer realidad computadoras cuánticas comercializadas y prácticas: un procesador de más de 1.000 qubits llamado ‘Condor’ y un procesador centrado en la corrección de errores llamado ‘Heron’.

Las computadoras cuánticas representan un nuevo enfoque de la computación basada en máquinas.  Mediante el uso de qubits capaces de superposición y entrelazamiento, las computadoras cuánticas tienen el potencial de realizar cálculos más rápidos y complejos que los bits clásicos utilizados en computadoras tradicionales. A diferencia de la computación tradicional, donde los bits representan 0 o 1, los qubits en la computación cuántica pueden representar ambos estados simultáneamente. Es importante destacar que esto hace que la computación cuántica sea complementaria a la computación clásica y no un sustituto; sobresale en tareas como simulaciones moleculares y optimizaciones de sistemas, mientras que la computación clásica es más adecuada para tareas cotidianas.

It is because of the types of tasks that quantum computing should excel at that the technology is so vaunted.  A computer capable of performing complex calculations orders of magnitudes quicker than its traditional counterparts is worth developing, as its use cases have the potential to change the world and our understanding of it.

Heron y Condor de IBM

El procesador Heron, presentado en el sistema cuántico ibm_torino, representa un salto adelante con sus 133 qubits de frecuencia fija y acopladores sintonizables, ofreciendo una mejora de 3‑5× en rendimiento comparado con sus procesadores Eagle de 127 qubits anteriores.  Este avance elimina prácticamente el “cross‑talk” (interacción o interferencia no deseada entre qubits) y sienta las bases para el desarrollo futuro de hardware.  Cabe destacar que IBM ya está utilizando estos chips en su plataforma de computación Quantum System Two de “arquitectura modular”.

Por otro lado, el procesador Condor, un procesador cuántico superconductivo de 1.121 qubits, es una innovación igualmente notable.  Incrementa la densidad de qubits en un 50 %, incorpora avances en la fabricación de qubits e integra más de una milla de cableado criogénico de alta densidad dentro de un solo refrigerador de dilución (una herramienta utilizada para alcanzar temperaturas extremadamente bajas, típicamente cercanas al cero absoluto).  El rendimiento de Condor es comparable al del procesador Osprey de 433 qubits de la compañía, marcando un hito significativo en la escalabilidad e informando el diseño futuro del hardware en computación cuántica.

Estos desarrollos de IBM son fundamentales para ampliar los límites de la utilidad cuántica y avanzar hacia la supercomputación centrada en la computación cuántica.

Aplicaciones y limitaciones

Como se mencionó anteriormente, las computadoras cuánticas son tan alabadas debido a su potencial para avanzar enormemente nuestra comprensión de prácticamente todos los campos de la ciencia.  A continuación, solo algunos ejemplos de ello.

Medicina: En medicina, la computación cuántica podría revolucionar el descubrimiento de fármacos al simular el comportamiento de moléculas a nivel cuántico. Esto permite predicciones más precisas de cómo los posibles medicamentos podrían interactuar con el cuerpo humano, acelerando el desarrollo de nuevos fármacos y reduciendo costos.

Meteorología: Para la meteorología, las computadoras cuánticas podrían analizar enormes cantidades de datos climáticos de manera más eficiente que las computadoras clásicas.  Esto conduciría a predicciones meteorológicas más precisas y una mejor comprensión del cambio climático, ayudando a mitigar desastres naturales y a planificar estrategias agrícolas.

Resolución de problemas complejos: La computación cuántica podría abordar problemas que actualmente son irresolubles por computadoras clásicas, como la optimización de grandes sistemas para logística y cadenas de suministro, o la solución de intrincados problemas matemáticos.  Esto tiene amplias implicaciones para diversos sectores, incluidos transporte, energía y finanzas.

También es importante reconocer que no podemos saber lo que no podemos imaginar.  Es decir, habrá innumerables avances inesperados posibles gracias a las capacidades que algún día brindará esta tecnología.

“La computación cuántica es el futuro de la computación. Abrirá nuevas posibilidades para el descubrimiento científico y el avance tecnológico que hoy ni siquiera podemos imaginar.” – Arvind Krishna, presidente y director ejecutivo de IBM, en una entrevista con CNBC

Con las computadoras cuánticas representando un logro tecnológico tan monumental, no debería sorprender que existan, y sigan existiendo, obstáculos significativos y limitaciones que deben superarse con el tiempo.  Por ejemplo, la computación cuántica enfrenta actualmente desafíos en corrección de errores, escalabilidad y desarrollo de algoritmos prácticos.

Con el tiempo, surgirán otros obstáculos que antes eran inesperados debido a una comprensión rudimentaria pero creciente de la mecánica cuántica.  La complejidad y el potencial de la física cuántica se enfatizan en la siguiente cita.

“Si crees que entiendes la mecánica cuántica, no entiendes la mecánica cuántica.” – Richard Feynman, laureado con el Nobel de Física

En la actualidad, estas limitaciones significan que las computadoras cuánticas aún no están listas para un uso generalizado.  Con los avances recientes, las líneas de tiempo optimistas apuntan a otra década antes de que esto sea una realidad.

Educación: la futura fuerza laboral de la computación cuántica

En décadas pasadas, la computación cuántica parecía estar tan lejos en el futuro que los cursos que la enseñaban eran escasos y aislados.  Ahora que un futuro en el que realmente se utilizan está comenzando a tomar forma, la necesidad de formar a la próxima generación de científicos e ingenieros que serán responsables de continuar este avance solo está creciendo.  Como resultado, muchas universidades están ofreciendo ahora cursos y programas especializados en computación cuántica para preparar una fuerza laboral calificada para este campo emergente.

• The Institute for Quantum Computing at the University of Waterloo es un ejemplo notable, combinando investigación académica con un impulso para comercializar la tecnología.  Financiado por Mike Lazaridis, creador de BlackBerry, emplea a alrededor de 296 investigadores y ha publicado más de 1.500 artículos de investigación.
• University of Oxford tiene una larga historia en la computación cuántica, con contribuciones significativas al campo, incluido el primer ordenador cuántico NMR de estado puro funcional.
• Harvard University’s Harvard Quantum Initiative se centra en avanzar la ciencia y la ingeniería de las computadoras cuánticas y sus aplicaciones, preparándose para lo que llama la “segunda revolución cuántica”.
• MIT’s Center for Theoretical Physics profundiza en la información cuántica y la computación cuántica, explorando algoritmos cuánticos, teoría de la información cuántica y la realización experimental de computadoras cuánticas.
• National University of Singapore and Nanyang Technological University’s Centre for Quantum Technologies y University of California Berkeley’s Center for Quantum Information and Computation también son pioneros en la educación de la computación cuántica, enfocándose en la investigación y el desarrollo de dispositivos cuánticos.
• University of Maryland’s Joint Quantum Institute colabora con instituciones importantes como NIST y LPS, llevando a cabo extensos programas de investigación dedicados al control y la explotación de sistemas cuánticos.

Actores de la industria que impulsan la computación cuántica

1.  International Business Machines Corporation

(IBM )

IBM ha sido durante mucho tiempo un líder en el desarrollo de computadoras cuánticas.  La compañía busca democratizar el desarrollo de la computación cuántica mediante iniciativas como Qiskit Patterns.  IBM también ha ampliado su hoja de ruta para lograr una computación cuántica a gran escala y práctica, enfocándose en nuevas arquitecturas modulares y redes que podrían permitir sistemas cuánticos con cientos de miles de qubits, esenciales para aplicaciones cuánticas prácticas.

2.  Microsoft Corporation

(MSFT )

Los esfuerzos de Microsoft en la computación cuántica se centran en la integración en la nube y la colaboración.  La compañía ha introducido máquinas cuánticas con los mayores volúmenes cuánticos de la industria en Azure Quantum, incluyendo asociaciones con IonQ, Pasqal, Quantinuum, QCI y Rigetti.  Esta integración facilita la experimentación y es un paso hacia la computación cuántica a gran escala.  Microsoft enfatiza la importancia de un ecosistema global para realizar el potencial completo de la computación cuántica y planea ofrecer su máquina cuántica como un servicio en la nube a través de Azure, garantizando un uso seguro y responsable de esta tecnología emergente.

3.  Alphabet Inc.

(GOOGL )

Alphabet, a través de su laboratorio Google Quantum AI, ha logrado avances significativos en la computación cuántica.  En 2023, científicos de Google anunciaron un hito importante en la reducción de la tasa de errores en la computación cuántica, un desafío de larga data en el campo.  Su investigación, publicada en la revista Nature, describe un sistema capaz de disminuir significativamente la tasa de errores e implementar códigos de corrección de errores que pueden detectar y corregir fallos sin comprometer la información.  Anteriormente, en 2019, Google afirmó haber alcanzado la “supremacía cuántica” con su máquina Sycamore, realizando un cálculo en 200 segundos que habría llevado a una supercomputadora convencional 10.000 años, demostrando el potencial de la computación cuántica para resolver problemas complejos mucho más allá de las capacidades de la computación tradicional.

Conclusión

La computación cuántica representa un salto revolucionario en el mundo de la computación, ofreciendo el potencial de revolucionar una gran cantidad de campos.  Mientras los recientes avances de IBM con los procesadores cuánticos Heron y Condor indican un progreso significativo hacia la computación cuántica práctica, la tecnología sigue enfrentando desafíos importantes en corrección de errores, escalabilidad y desarrollo de algoritmos, lo que subraya la necesidad de continuar la investigación y la innovación.

Aunque estos desafíos persisten, la computación cuántica promete desbloquear posibilidades que hoy ni siquiera podemos imaginar, inaugurando una nueva era de descubrimiento científico y avance tecnológico.  Su potencial completo aún se está desplegando, y su impacto en diversas industrias y en la sociedad promete ser profundo.