L'impacte de l'ordinador quàntic de 100 000 cúbits que comercialitzarà IBM

Cada minut que passa, la computació quàntica augmenta exponencialment les seues possibilitats d'èxit. IBM pugna pels primers llocs en la carrera per a donar amb la màquina que aconseguisca la supremacia quàntica, o cosa que és el mateix, resoldre algun problema impossible per a la computació clàssica. El seu pla per a comercialitzar el primer ordinador quàntic amb 100 000 cúbits pot donar-li la corona del segle.

Què té la computació quàntica que li dona tant de poder

La computació quàntica funciona utilitzant propietats del món microscòpic que ni tan sols es poden explicar. Una d'estes propietats és que estos sistemes físics poden estar en diversos estats alhora.

La computació quàntica utilitza eixa extravagant propietat, els estats quàntics superposats, per a realitzar càlculs. Ho fa a través de portes quàntiques, circuits quàntics bàsics que operen sobre un xicotet número de cúbits. Són el mateix que les portes lògiques per als ordinadors digitals. I esta fantasia ha passat en els últims anys de ser una mera possibilitat teòrica a ser una realitat.

En computació quàntica l'element de computació bàsic és el cúbit, que en contrast amb el bit de la computació clàssica pot prendre qualsevol combinació lineal de mòdul un entre el valor 0 i el 1; eixos són els seus diferents estats.

El canvi del bit al cúbit

En alguns problemes de computació, la quantitat necessària de recursos augmenta molt ràpid a mesura que creix la grandària del problema. El canvi del bit al cúbit pot reduir la velocitat d'augment de recursos de manera molt dràstica.

Per a posar un exemple pràctic, imaginem que volem simular un ordinador quàntic de 100 cúbits. En un ordinador clàssic necessitaríem 2 elevat a 100 bits, o cosa que és el mateix, un quintillón de bits. Mai aconseguirem esta capacitat de càlcul utilitzant ordinadors clàssics. En canvi, amb un ordinador quàntic només necessitaríem 100 cúbits, de fet, actualment ja existixen ordinadors quàntics de més de 100 cúbits.

Tota esta tecnologia es podria escalar fins a milers de cúbits. Segons els experts, això no serà suficient per a aconseguir la computació quàntica útil. No obstant això, els investigadors d'IBM ja estan pensant en la següent revolució. Estan treballant en el primer ordinador quàntic de cent mil cúbits. Com ho volen aconseguir?

Superar l'era NISQ

Hui dia estem en el que es coneix com era NISQ. L'acrònim fa referència al fet que tenim ordinadors quàntics amb pocs cúbits i estos cúbits són sorollosos. És un terme encunyat pel físic John Preskill en 2018, qui va assenyalar que les computadores quàntiques en eixe moment (i de fet encara en 2024) són propenses a taxes d'error considerables i estan limitades en grandària per la quantitat de cúbits lògics (o fins i tot cúbits físics) en el sistema. Això significa que no són de confiança per a realitzar càlculs generals.

Este soroll és el que evita que aconseguim la supremacia quàntica. L'avantatge s'aconseguix quan un ordinador quàntic fa una tasca que cap ordinador clàssic pot fer.

La dificultat per a reduir el soroll és purament tecnològica, la qual cosa no significa que no calga fer molta investigació per a superar els reptes. Actualment IBM oferix més de deu ordinadors quàntics de més de 100 cúbits. Alguns exemples són IBM Fes, amb 156 cúbits; IBM Torino, amb 133 cúbits, i IBM Kyiv, amb 127 cúbits.

S'ha demostrat que estàs màquines es poden utilitzar per a resoldre diferents tipus de problemes, però encara sense avantatge quàntic: problemes d'optimització, problemes d'estructura electrònica, problemes de magnetisme, etc.

En els últims anys, els investigadors d'IBM estan desenrotllat diferents mètodes per a mitigar l'error dels cúbits. Estes tècniques corregixen fins a un cert punt els errors generats pel soroll, però a canvi de major temps de còmput.

Amb estes tècniques han demostrat que els ordinadors quàntics poden donar major rendiment que els clàssics en problemes concrets, la qual cosa demostra que s'estan acostant a l'avantatge quàntic.

La següent ona

A esta nova sèrie d'ordinadors quàntics l'han anomenada “la següent ona” i està basada en supercomputación quàntic-cèntrica. Serà un supercomputador quàntic modular.

La modularidad li permetrà escalar i per a això haurà de combinar comunicacions quàntiques i computació clàssica. Les innovacions vindran del maquinari i també del programari.

El middleware (programari amb el qual les diferents aplicacions es comuniquen entre si) serà híbrid, això significa que integrarà fluxos de treball clàssics i quàntics. Este middleware contindrà, per exemple, una ferramenta anomenada teixit de circuits quàntics. Esta ferramenta permetrà utilitzar menys portes quàntiques de dos cúbits per a executar els circuits. Per a afrontar tots estos reptes, IBM ha creat una forta col·laboració amb les Universitats de Tòquio i Chicago.

IBM no està sola

Pel que fa a computació quàntica universal (o computació quàntica digital), IBM és una de les empreses que estan treballant en els ordinadors quàntics del futur, però no és l'única.

Per exemple, en Google Guantum AI estan treballant per a aconseguir cúbits lògics utilitzant la menor quantitat possible de cúbits físics i també en la manera d'escalar este procés. En esta mateixa línia també treballa Microsoft en col·laboració amb Quantinuum, i és també una forta aposta de Amazon Web Services.

No obstant això, la computació quàntica no és només digital. També existix la computació quàntica analògica que s'utilitza per a resoldre un problema matemàtic molt concret (QUBO) que apareix en diversos camps: finances, logística, energia, etc. L'empresa que més està impulsant esta tecnologia és DWAVE.

A part de la utilització de diferents tipus de maquinari quàntic, en moltes empreses i universitats treballen intensament en algorismes clàssics inspirats en la física quàntica que han demostrat ser molt útils.

És només qüestió de temps canviar el món.

Unai Aseguinolaza Aguirreche, Docent investigador a l'Escola Politècnica Superior de Mondragón, Mondragon Unibertsitatea

Este article va ser publicat originalment en The Conversation.