Quantum Computing

El uso práctico de estas extrañas máquinas queda a años de distancia.

por Stephen Shankland

IBM ha duplicado el rendimiento de sus computadoras cuánticas en comparación con el modelo del año pasado, un paso clave para cumplir la promesa de las revolucionarias máquinas. Pero es solo un primer paso, y los rivales están respirando en el cuello de Big Blue.

El elemento fundamental de procesamiento de datos en una computadora cuántica se llama qubit, y tener más de ellos es mejor. Sin embargo, son notoriamente meticulosos porque las influencias externas como el calor los perturban fácilmente y descarrilan los cálculos cuánticos. Para medir mejor el rendimiento, IBM creó una prueba llamada volumen cuántico que está diseñada para reflejar cuántos qubits tiene una computadora cuántica y cuánto trabajo realmente logran.

En 2019, IBM alcanzó un volumen cuántico de 32. Este año, alcanzó 64, agregando un segundo año a su plan para duplicar el volumen cuántico anualmente . Ese ritmo exponencial de mejora es importante para hacer que las computadoras cuánticas de hoy en día sean más útiles y para mantener el interés el tiempo suficiente para que las computadoras cuánticas se vuelvan realmente prácticas más allá de las máquinas orientadas a la investigación de hoy.

La computación cuántica no reemplazará los diseños clásicos que alimentan computadoras portátiles , servidores, relojes inteligentes y teléfonos inteligentes . Pero si cumplen su promesa, podrán abordar problemas completamente fuera del alcance de las computadoras de hoy. Eso incluye el desarrollo a nivel molecular de nuevos materiales, fármacos y procesos químicos como la fabricación de fertilizantes; entrega más rápida de paquetes con una flota de camiones; y carteras de inversión más rentables.

La tecnología es lo suficientemente importante como para desencadenar importantes programas de inversión de años de gigantes tecnológicos como IBM, Google , Intel y Microsoft , junto con una pandilla de nuevas empresas y un jugador interesante que intenta recuperar su lugar en la industria de la computación, Honeywell . Sin embargo, todavía es temprano: IBM es líder en el mercado y solo tiene 22 máquinas funcionando en este momento, frente a las 18 computadoras cuánticas de mayo .

La carrera de la computación cuántica está en marcha

A principios de este año, Honeywell dijo que venció a IBM en el hito de volumen cuántico de 64. El campo es colegiado y algo académico, pero la medida señaló que la dinámica de la industria informática tradicional está en juego. Ahora hay una carrera en marcha para fabricar la computadora cuántica más rápida.

Lo que hace que la competencia de la computación cuántica sea diferente de la mayoría en la industria es que los rivales están adoptando enfoques tremendamente diferentes. Es como una carrera que enfrenta a un caballo contra un automóvil, un avión contra una bicicleta.

IBM Quantum Computer
El chip de computación cuántica Falcon de IBM se muestra al lado de un centavo.

La entrada de IBM, al igual que las computadoras cuánticas de Google , utiliza un diseño con qubits de supercomputación enfriados una fracción de grado por encima del cero absoluto, más frío que el espacio. Los qubits de Honeywell están empaquetados de manera diferente como en una “trampa” que alberga partículas cargadas llamadas iones. La idea de Intel, no tan madura, utiliza electrones como qubits, aprovechando una propiedad de la mecánica cuántica llamada espín. Microsoft espera eludir la escasez de qubits con un enfoque llamado qubits topológicos .

Sin embargo, todos necesitan qubits. Donde los bits de computadora ordinarios pueden estar en uno de dos estados, cero o uno, los qubits pueden registrar una combinación de ambos a través de un fenómeno de física cuántica llamado superposición. Otro, llamado entrelazamiento, vincula los estados de múltiples qubits, lo que permite que una computadora cuántica maneje de hecho una gran cantidad de combinaciones posibles de unos y ceros.

Los programadores controlan el trabajo de las computadoras cuánticas masajeando los estados de sus qubits con una secuencia de transformaciones llamadas puertas. Idealmente, este empujón los conduce gradualmente hacia una respuesta a una pregunta en particular, aunque no todos los desafíos informáticos son adecuados para el enfoque.

Más qubits, por favor

Las computadoras cuánticas de hoy en día no tienen muchos qubits, solo 27 en el chip de computación cuántica Falcon que IBM utilizó para su prueba de rendimiento de volumen cuántico. Pero hay más en camino, incluida una actualización de su sistema Hummingbird de 53 qubit.

“Pronto lanzaremos una segunda versión de IBM Quantum Hummingbird que mejorará en gran medida la primera versión”, dijo Jay Gambetta, vicepresidente de IBM Quantum y coautor del artículo que detalla cómo IBM alcanzó un volumen cuántico de 64 . El enfoque de IBM se ampliará a medida que vincule varios procesadores cuánticos, agregó.

Empacar más qubits y mantenerlos estables es fundamental para el éxito de la computación cuántica. Son tan frívolos que los diseñadores de hoy piensan que decenas o más de qubits del mundo real tendrán que agruparse en qubits “lógicos” individuales que puedan resistir colectivamente los errores informáticos. El mínimo es un millón más o menos.

Intel probó el enfoque superconductor de IBM con un procesador 2018, dijo el director de hardware de computación cuántica de Intel, Jim Clarke, en una charla en la conferencia de procesadores Hot Chips de esta semana . Pero ese chip es tan grande como un chip de servidor convencional, lo que lo hace caro, dijo. Intel se decidió por los qubits de giro porque se pueden meter muchos más qubits en un chip.

Honeywell también argumenta que su diseño de trampa de iones se adaptará a muchos qubits, parte de la razón por la que planea aumentar el volumen cuántico en un factor de 10 cada año , mucho más rápido que el ritmo de IBM.

Gambetta no descarta a los competidores, pero dijo que tienen que demostrar su valía. “Todavía no hemos visto un sistema completo, estable y accesible que utilice spin qubits”. En cuanto a Honeywell, a Gambetta le gustaría ver un documento detallando el rendimiento completo de su sistema, no solo los  elementos .

Controlar las complicaciones

Una dificultad es que existe una delgada línea entre controlar qubits e interrumpirlos. Es por eso que las computadoras cuánticas de hoy se controlan de forma remota. Las computadoras convencionales envían información de control a qubits y leen las respuestas a través de un voluminoso conjunto de cables.

En Hot Chips, los investigadores de Intel y Microsoft dijeron que esperan desarrollar tecnología para mejorar este control moviéndolo a un procesador separado que esté cerca del chip de computación cuántica que aloja los qubits.

Intel ha construido su chip de control de primera generación, llamado Horse Ridge, y está trabajando en Horse Ridge 2, dijo Clarke.

Microsoft también está abordando el problema del control. El truco será apretar un chip de control sin agregar calor, dijo David Reilly, director de trabajo cuántico de Microsoft en Sydney, Australia. Si tuviera una computadora cuántica con un millón de qubits, cada una recibiendo instrucciones un millón de veces por segundo, eso requeriría un chip de control que pudiera manejar un billón de bits de datos por segundo, y eso significa un chip que funciona bastante caliente.

Se esperan años más de experimentación en computación cuántica a medida que los investigadores intentan establecer el diseño de computación cuántica correcto.

“Es mi opinión personal que todavía tenemos que encontrar la plataforma ideal”, dijo Reilly.

Fuente: https://www.cnet.com/news/ibm-doubles-its-quantum-computer-performance/

Deja un comentario