Los científicos de IBM lograron construir un procesador cuántico que los usuarios pueden utilizar mediante una plataforma de cómputo cuántico que es primera en su tipo, la cual se ofrece a través de la Nube de IBM hasta cualquier dispositivo móvil o de escritorio. IBM cree que el cómputo cuántico es el futuro de la computación y tiene el potencial de resolver problemas que son imposibles con las supercomputadoras de hoy.

La plataforma de cómputo cuántico habilitada para la nube, denominada IBM Quantum Experience, permitirá a los usuarios correr algoritmos y experimentos en el procesador cuántico de IBM, trabajar con bits individuales cuánticos (qubits) y explorar tutoriales y simulaciones sobre lo que podría ser posible con el cómputo cuántico.

El procesador cuántico se compone de cinco qubits superconductores y está alojado en el IBM T.J. Watson Research Center en Nueva York. El procesador de cinco qubits representa el último avance en la arquitectura cuántica y puede escalar a sistemas más grandes. Este es el enfoque que lidera el avance hacia la construcción de una computadora cuántica universal.

Una computadora cuántica universal puede programarse para desempeñar cualquier tarea computacional y será exponencialmente más rápida que las computadoras clásicas, realizando la ejecución de una cantidad importante de aplicaciones científicas y de negocios. 

Aunque no existe hoy una computadora cuántica universal, IBM visualiza que en la próxima década será posible contar con procesadores cuánticos de tamaño promedio de 50-100 qubits. Con una computadora cuántica construida de sólo 50 qubits, ninguna de las supercomputadoras que se ubican hoy en el Top 500 podrían emularla con éxito, lo que refleja el tremendo potencial de esta tecnología. La comunidad de teóricos y científicos de computadoras cuánticas trabaja hoy en aprovechar este poder, siendo las aplicaciones de química y optimización las primeras en demostrar la aceleración cuántica.

“Las computadoras cuánticas son muy diferentes de las computadoras de hoy, no sólo en cómo se ven y de qué están hechas, sino de manera más importante, en lo que pueden hacer. El cómputo cuántico se está convirtiendo en una realidad y llevará a la computación mucho más allá de lo que se pudiera imaginar con las computadoras actuales”, dijo Arvind Krishna, vicepresidente senior y director de IBM Research. “Este momento representa el nacimiento de la computación cuántica en la nube. Al dar acceso a los sistemas cuánticos experimentales, IBM Quantum Experience hará más sencillo el que los investigadores y la comunidad científica aceleren innovaciones en el campo cuántico, y ayudarán a descubrir nuevas aplicaciones para esta tecnología”.

Con la Ley de Moore en franca pérdida de su impulso, la computación cuántica estará entre las tecnologías que podrían permitir la entrada a una nueva era de innovación en todas las industrias. Este salto hacia adelante en la computación podría llevar al descubrimiento de nuevos farmacéuticos y a salvaguardar completamente los sistemas de computación en nube. También podría descubrir nuevas facetas de la inteligencia artificial (lo cual podría llevar a tecnologías futuras más poderosas de Watson), desarrollar una nueva ciencia de materiales para transformar industrias, y buscar entre enormes volúmenes de big data.

IBM Quantum Experience

La información cuántica es muy frágil y necesita estar protegida de cualquier error que pueda resultar del calentamiento y la radiación electromagnética. Las señales se envían de y hacia un refrigerador de dilución criogénica para medir las operaciones realizadas en el procesador cuántico.

El equipo de IBM ha realizado una cantidad de robustos avances en la ingeniería a nivel del dispositivo y en los controles de electrónica para dotar a los usuarios de IBM Quantum Experience de un rendimiento confiable sin precedentes y de alta calidad mediante su procesador de cinco qubits.

En conjunto con la experiencia acumulada en software del ecosistema de IBM Research, el equipo construyó una interfaz dinámica de usuario sobre la plataforma de IBM Cloud, la cual permite a los usuarios conectarse fácilmente al hardware cuántico a través de la nube. El equipo de IBM considera la introducción al público de este marco completo de computación cuántica como el inicio de una nueva comunidad de usuarios, la cual adoptará el mundo cuántico y su funcionamiento.

En el futuro, los usuarios tendrán la oportunidad de contribuir y examinar sus resultados en la comunidad alojada en la IBM Quantum Experience y los científicos de IBM estarán involucrados directamente para ofrecer más investigación y conocimiento sobre los nuevos avances. Con el tiempo, IBM planea sumar más qubits y diferentes arreglos de procesadores a IBM Quantum Experience, de modo que los usuarios puedan expandir sus experimentos y ayudar a descubrir nuevas aplicaciones para esta tecnología.

Cómputo cuántico – una manera diferente de pensar

Vivimos en un mundo donde la física clásica define nuestras experiencias y nuestra intuición, y fundamentalmente la manera en la cual procesamos información. Sin embargo, la naturaleza a nivel atómico se gobierna por un conjunto diferente de reglas, conocido como mecánica cuántica. La resolución de problemas que existen en la naturaleza, en las cuales la mecánica cuántica juega un rol, por ejemplo, para entender cómo se comportan las moléculas, está más allá del alcance de las computadoras clásicas.

Para superar esta situación, en 1981 Richard Feynman propuso construir computadoras basadas en las leyes de la mecánica cuántica. Más de tres décadas después, IBM está ayudando a convertir eso en una realidad.

Fundamentalmente, la computación cuántica funciona de manera diferente de las computadoras de hoy. Una computadora clásica hace uso de bits para procesar información, donde cada bit representa ya sea un uno o un cero. En contraste, un qubit puede representar un uno, un cero, o ambos a la vez, lo cual se conoce como superposición. Esta propiedad, junto con otros efectos cuánticos, permiten que las computadoras cuánticas realicen ciertos cálculos mucho más rápido de lo que hoy es posible con computadoras clásicas.

Gran parte de la investigación en cómputo cuántico que se realiza hoy en la academia y en la industria está enfocada en la construcción de una computadora cuántica universal. Los principales retos incluyen la creación de qubits de alta calidad y conjuntarlos de manera escalable, de modo que puedan ejecutar cálculos complejos de manera controlable.

IBM utiliza qubits superconductores que están hechos de metales superconductores sobre un chip de silicio y pueden diseñarse y fabricarse utilizando técnicas de manufactura que son estándares del silicio. El año pasado, los científicos de IBM demostraron progresos críticos para detectar errores cuánticos al combinar qubits superconductores en arreglos en rejilla, y cuyo diseño de circuitos cuánticos es la única arquitectura física que puede escalar a dimensiones más grandes.

Actualmente, los científicos de IBM han logrado un avance al combinar cinco qubits en la arquitectura en rejilla, lo cual demuestra una operación clave conocida como medición de paridad – la base de muchos protocolos de corrección de errores cuánticos. El camino hacia hacia la computación cuántica universal está supeditado a los logros de la corrección de esos errores cuánticos, y el equipo de IBM ha dado otro paso importante para reducir estos retos.

Nuevas fronteras para la computación cuántica

Ha habido un progreso y un interés tremendos en el campo de la computación cuántica en los últimos años. El dar acceso a los usuarios a IBM Quantum Experience, ayudará a que los negocios y las organizaciones empiecen a entender el potencial de esta tecnología, para que las universidades incrementen sus programas de enseñanza en cómputo cuántico y materias relacionadas, y para que los estudiantes conozcan otros caminos de carrera, nuevos y prometedores.

“Es un hermoso reto el perseguir la ruta hacia la construcción de la primera computadora cuántica universal, pero requiere que cambiemos la forma en que pensamos el mundo. El acceso a prototipos de computación cuántica será la clave para imaginar y desarrollar futuras aplicaciones”, dijo Dario Gil, vicepresidente de Ciencia y Soluciones en IBM Research. “Si quieres entender lo que realmente hará una computadora cuántica por ti y cómo funciona, este es el lugar para ello. No lo experimentarás en ninguna otra parte”.

La plataforma de cómputo cuántico de IBM es una iniciativa clave dentro del IBM Research Frontiers Institute, el cual fue integrado recientemente. El Frontiers Institute es un consorcio que desarrolla y comparte tecnologías pioneras de computación para estimular innovaciones que cambien el mundo. Compañías de diversas industrias pueden aprovechar el talento investigativo y la infraestructura innovadora de IBM para explorar lo que podría significar el cómputo cuántico para su organización y para su negocio. Los miembros fundadores del Frontiers Institute incluyen a Samsung, JSR y Honda.

Redacción C21