El País

“Un ordenador cuántico de 273 cúbits tiene más memoria que átomos el universo observable”, según Alberto Casas, investigador del CSIC y autor de La revolución cuántica (Ediciones B, 2022). El físico auguraba en su libro una inminente consecución de este hito, que ya se ha logrado. La multinacional IBM ha presentado este miércoles su nuevo procesador Osprey (águila pescadora), con el que ha alcanzado los 433 cúbits, más del triple de capacidad de la conseguida hace solo un año con el Eagle (127 cúbits) y una décima parte de la que esperan en 2025. Es un paso necesario para desarrollar ordenadores cuánticos efectivos, capaces de hacer cálculos prácticos a gran escala de forma robusta, sin errores.

La física clásica no explica nuestro mundo, aunque hasta ahora nos ha servido, en especial, en el ámbito macroscópico. La ciencia cuántica, que estudia la naturaleza y las interacciones a escala atómica y subatómica, comienza a aportar posibles explicaciones y mantiene dos vías que se entrecruzan: la teórica, que aspira a contestar a preguntas fundamentales, como qué es la materia oscura que conforma el universo, y la práctica, que quiere aplicar las leyes cuánticas a procesos como la computación para multiplicar exponencialmente la capacidad para estudiar y comprender la vida y todo lo que la rodea. Este último camino ha superado una nueva meta.

Un cúbit es la unidad mínima de computación cuántica y, a diferencia del bit convencional —el que se utiliza en la tecnología común—, no tiene solo dos valores (0 y 1), sino que puede tener estos o cualquier superposiciónde ellos. Si un superordenador actual puede hacer millones de operaciones con bites (el Summit de IBM es capaz de procesar más de 200.000 millones de cálculos por segundo), uno cuántico puede ejecutar trillones. De ahí la importancia de aumentar la capacidad de cúbits en los modelos en desarrollo y minimizar los errores que afectan a esta tecnología.

Este es uno de los logros de IBM, que mantiene su hoja de ruta para conseguir un computador cuántico efectivo. El hito anunciado este miércoles, que se ha conseguido con innovaciones en la programación (software) y en el hardware (elementos físicos o materiales de los ordenadores y sistemas informáticos), es la base para el futuro lanzamiento del Cóndor, que será el primer procesador cuántico universal de más de 1.000 cúbits. A este le seguirá el Kookaburra (Cucaburra), previsto para 2025 y que tendrá una capacidad de más de 4.000. Según el director ejecutivo de IBM, Arvind Krishna, este último computador “será capaz de ejecutar cálculos que precisarían de un ordenador tradicional de casi el tamaño de la Tierra”.

En esta carrera por la “ventaja cuántica”, término que hace referencia a desarrollos basados en esta física que superen a los computadores clásicos, también están compañías como Google o Rigetti.

Para alcanzarla, IBM no se centra solo en las propiedades cuánticas, sino que incluye también procesadores convencionales en función de su eficiencia frente a las tareas de computación. El objetivo es desarrollar un tejido de circuitos para distribuir los problemas complejos entre varios procesadores.

De esta forma, para triplicar la capacidad del Eagle (el procesador que superó la barrera de los 100 cúbits), el nuevo Osprey se incluye en un nuevo IBM Quantum System Two, un sistema modular y flexible para incorporar múltiples chips (circuitos integrados) conectados por un sistema de control. Este estará accesible en línea en el primer trimestre de 2023 y es determinante para desarrollar una arquitectura modular con comunicación cuántica —que aumenta la capacidad computacional— y con un sistema de nube híbrida que permite integrar flujos de trabajo cuánticos y clásicos. “Hemosfinalizado cómo será el sistema desde una perspectiva de diseño y estamos trabajando para construirlo, ponerlo y demostrarlo el próximo año”, afirma Jay Gambetta, el físico quelidera el equipo del Centro de Investigación IBM Thomas J Watson para el desarrollo de la computadora cuántica.

Será la base del Crossbill, el primer procesador único hecho de múltiples chips, y del Flamingo, que incluirá enlaces de comunicación cuántica. Ambos desarrollos están previstos para 2024. Un año después, con la combinación de las dos tecnologías, se prevé presentar el Kookaburra, un sistema cuántico de tres procesadores y 4.158 cúbits que pretende abrir la puerta a superar la barrera de los 100.000 cúbits.

El problema del ruido

Pero para aprovechar la ventaja computacional del cúbit hay que sortear un difícil problema. Las superposiciones cuánticas de estados que permiten los trillones de combinaciones y, por lo tanto, la casi infinita capacidad de computación son muy sensibles al medio ambiente. Cualquier mínima circunstancia del entorno (temperatura, ruido electromagnético o vibración) degrada las superposiciones y genera errores.

Jian-Wei Pan, el mayor experto en computación de China, afirma que “construir un ordenador cuántico prácticamente útil y tolerante a los fallos es uno de los grandes desafíos para el ser humano”. “El obstáculo más formidable es la presencia de ruido e imperfecciones. Necesitamos usar la corrección de errores cuánticos y operaciones tolerantes a fallos para superar el ruido y escalar el sistema”, asegura.

Una de las fórmulas para paliar esta desventaja es crear entornos donde se minimicen las interacciones con el medio ambiente, como enfriar los sistemas a una temperatura cercana al cero absoluto (-273 ºC). Pero también se pueden abordar los errores una vez que se producen, aplicando sistemas, como el Qiskit Runtime Primitives que incorpora el Osprey presentado este miércoles. Este desarrollo es un entorno de sistemas clásicos y cuánticos que aumenta la velocidad y calidad de la computación. Además, se suma Dynamic Circuits, un modelo alternativo de construcción de circuitos para la corrección de errores cuánticos. IBM prevé incorporar nuevos sistemas de supresión y mitigación de fallos con el fin de ayudar a los desarrolladores del programa fundamental del sistema operativo (kernel) a administrar el ruido y subsanar errores.

Frente a las alternativas materiales, Qiskit Runtime Primitives permite llevar a la programación las soluciones frente al ruido, por lo que facilita, según la compañía, que “los usuarios incorporen la computación cuántica en sus flujos de trabajo y se acelere el desarrollo de aplicaciones cuánticas”.

Oliver Dial, jefe de arquitectura de hardware cuántico en IBM, cree que no están muy lejos de conseguir minimizar el ruido: “En los próximos dos años, podremos hacer algo que nadie ha hecho antes. Es un desafío. Si podemos proporcionar una estimación libre de ruido observable, estaremos en el rango donde podemos comenzar a resolver problemas interesantes con nuestros clientes”.

De esta forma, según IBM, la carrera cuántica que se afianza no exigirá disponer de un ordenador de esta tecnología, sino que un desarrollador podrá incorporar a sus programas determinadas funcionalidades y operaciones de cálculo cuántico que se ejecutarán en la nube y que se integrarán con fluidez en aplicaciones que aunarán la nueva tecnología y la existente.

Un computador de 4.000 cúbits será capaz de ejecutar cálculos que precisarían un ordenador tradicional de casi el tamaño de la TierraArvind Krishna, director ejecutivo de IBM

Alejandro González Tudela, investigador científico en el Instituto de Física Fundamental del CSIC, cree que las posibilidades de la computación cuántica son extraordinarias y que muchas de ellas aún están por descubrir. Uno de los campos de aplicación serán, en su opinión, “las cuestiones de muchos cuerpos, con muchos elementos que interaccionan entre ellos y que son difíciles de resolver en ordenadores clásicos”. Dos ejemplos serían la simulación de moléculas o el desarrollo de nuevos materiales, campos con una dimensión exponencial inalcanzable para los sistemas tradicionales.

La inteligencia artificial (IA) y, en especial, las redes neuronales, las que intentan emular al cerebro humano, también se beneficiarán de esta tecnología para clasificar, analizar y extraer patrones y conocimiento de imágenes, palabras o conceptos de cualquier tipo de lenguaje en cualquier área. En este sentido, IBM, cuenta con un sistema capaz de interpretar el lenguaje de la química para predecir el resultado más probable de una determinada reacción.

Esta convergencia entre bits, redes neuronales y cúbits es la base tecnológica de una nueva era de descubrimientos y de un futuro revolucionario de innovaciones tanto para la ciencia como para las empresas e instituciones.

La tecnología cuántica es el futuro de la informática e IBM está promoviendo su desarrollo en Canadá para convertirla en líder en investigación científica e impulsar avances en áreas clave como la Inteligencia Artificial (IA), semiconductores, energía, ciencias de la vida y sostenibilidad.

En colaboración con el gobierno de la ciudad de Quebec, IBM instalará por primera vez en el país la computadora cuántica conocida como Quantum System One. La computadora se ubicará en las instalaciones de IBM en Bromont, Quebec, a principios de 2023.

La asociación con Quebec tiene como objetivo integrar la computación cuántica con tecnologías en la Nube, computación de alto rendimiento e IA para abordar problemas complejos como el modelado de materiales, soluciones para el medio ambiente y el descubrimiento de nuevos medicamentos.

Las computadoras cuánticas trabajan con qubits que se pueden ‘superponer’ entre sí, aumentando exponencialmente la cantidad de información que se puede procesar. Por lo tanto, pueden operar millones de veces más rápido que las supercomputadoras más avanzadas de hoy en día.

Canadá es el quinto país en que IBM instala su computadora cuántica. La empresa ha realizado asociaciones similares con Estados Unidos, Alemania, Japón y Corea del Sur, lo que les brinda a estas naciones cierta ventaja hasta que la computación cuántica sea más accesible.

Enter.Co-Diana Arias

Durante el Google I/O, Google nos presentó algunos de los avances que ha hecho con su computador cuántico. En ese momento, este era el más poderoso del mundo, por lo que ver los laboratorios y conocer a las persona trabajando en esto fue emocionante. Pero, hoy, China se lleva el título con un computador en la Universidad de Ciencia y Tecnología. Este resolvió un problema que habría tomado ocho años en resolverse en computadores tradicionales en una hora. 

Los científicos detrás de este computador cuántico aseguran que puede incluso tener mucho mejor rendimiento que el presentado hasta el momento. Por ahora, con solo sus resultados originales, le quita el trono a una de las empresas más importantes del mundo.

Pero estos dos no son los únicos trabajando en computación cuántica; Alemania presentó hace poco su nuevo computador cuántico construido en Ehningen en alianza con IBM, según informó el portal Euronews. Por su parte, Francia asegura que está muy cerca de lograr construir computadores más estables. Usualmente, los qubits (a unidad básica de información en un computador cuántico, así como los bits lo son en un computador tradicional) son susceptibles a cambios en la temperatura, eléctricos o mecánicos, por lo que estos suelen operarse varios centígrados bajo cero, lo que ayuda a que sean más estables.

Por ahora, aún queda mucho por investigar y desarrollar en la computación cuántica. Los países y equipos de investigación compiten por alcanzar diferentes objetivos, de hardware y software. Los retos por construir sistemas estables no se comparan con las preocupaciones que existen de seguridad, un computador de estos podría descifrar la encriptación de un sistema de seguridad en cuestión de minutos. Esto significa que la seguridad que tenemos actualmente también debe innovar y prepararse para el futuro.

La Comisión Europea anunció el lanzamiento de una iniciativa para la construcción de computadoras cuánticas piloto de última generación hacia 2023 que actuarían como aceleradores interconectados con supercomputadoras, formando máquinas “híbridas” que combinan lo mejor de las tecnologías de computación cuántica y clásica.

El programa es parte de la Empresa Común Europea de Computación de Alto Rendimiento (EuroHPC JU), empresa fundada en 2018 y fondeada por todos los Estados miembros para el avance en iniciativas de supercomputación.

De acuerdo con un comunicado de la Comisión, en 2021 se comenzará a trabajar en el primer simulador cuántico de la Empresa Común, que también estaría interconectado con una supercomputadora. Este será el primer elemento de una infraestructura europea de simulación cuántica disponible a través de la nube de forma no comercial para los usuarios europeos públicos y privados.

La CE espera que la infraestructura se utilizará para abordar problemas complejos de simulación y optimización, especialmente en el desarrollo de materiales, descubrimiento de fármacos, transporte y otros problemas del mundo real de gran importancia para la industria.

Desde junio de 2019, 26 Estados miembros de la UE han firmado la Declaración EuroQCI, para impulsar el trabajo conjunto con la Comisión y el apoyo de la Agencia Espacial Europea, hacia el desarrollo de una infraestructura de comunicación cuántica que cubra toda la UE (EuroQCI). Consistirá en un segmento terrestre que utilizará las redes de comunicación de fibra existentes que unirán sitios estratégicos y un segmento espacial que garantizará una cobertura total en la UE y otros continentes.

En cuanto a los participantes de esta iniciativa, la CE ha seleccionado un consorcio de empresas e institutos de investigación para estudiar el diseño de la futura red EuroQCI.

El consorcio europeo liderado por Airbus está compuesto por Leonardo, Orange, PwC France y Maghreb, Telespazio (una empresa conjunta de Leonardo y Thales), el Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) y el Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRiM).

Encriptación, primera tarea del EuroQCI

La estructura del EuroQCI permitirá proteger los sistemas de cifrado y las infraestructuras críticas de Europa, como las instituciones gubernamentales, el control del tráfico aéreo, las instalaciones sanitarias, los bancos y las redes eléctricas frente a las amenazas cibernéticas actuales y futuras.

En un comunicado por separado, Orange señala que el plan a largo plazo es que EuroQCI se convierta en la base de una Internet cuántica en Europa, conectando computadoras cuánticas, simuladores y sensores a través de redes cuánticas para distribuir información y recursos con un método de seguridad de vanguardia.

El operador de capital francés explica que el primer servicio en utilizarlo será la distribución de claves cuánticas (QKD). El servicio QKD transmitirá claves de cifrado a través de canales de comunicación cuántica en enlaces de fibra óptica terrestre y láser espacial. El uso de los estados de los fotones cuánticos hace que la distribución de claves sea inmune a las vulnerabilidades, a diferencia de los métodos actuales.

El estudio de 15 meses establecerá los detalles del sistema de extremo a extremo y diseñará el segmento terrestre que respalda el servicio QKD. Desarrollará una hoja de ruta de implementación detallada, incluido el costo y el cronograma de cada fase de implementación. Además, el estudio ayudará a la CE a diseñar una infraestructura avanzada de validación y pruebas de QCI que incluya estándares. El objetivo es ejecutar un demostrador EuroQCI para 2024 y un servicio operativo inicial para 2027.

Científicos chinos dieron a conocer que construyeron una computadora cuántica que es un trillón de veces más rápida que cualquier súper computadora que exista en la actualidad, y tiene potencial para resolver problemas de la vida real.

Se trata de un prototipo llamado Jiuzhang que, de acuerdo con sus creadores, tiene la capacidad de resolver en poco más de tres minutos ejercicios que tomarían 600 millones de años a una computadora convencional.

El líder de la investigación es el científico Pan Jianwei, profesor de la Universidad de Ciencia y Tecnología  de China en la provincia de Hefei, Anhui.

“Este logro establece firmemente la posición de liderazgo de nuestro país en la investigación de la computación cuántica internacional”, señaló en un comunicado el equipo de científicos que lidera Pan Jianwei.

De acuerdo con un artículo científico publicado por los investigadores, la nueva súper computadora tiene la capacidad de encontrar relaciones en bases de datos, de datos pequeños que aparentemente no tienen relación con determinada información.

Por ello, se explicó que dicha capacidad de análisis y relacionamiento puede ser utilizada en la vida cotidiana de las personas como en actividades de minería de datos, finanzas y bioinformática.

La Jiuzhang es una computadora cuántica que se basa en el aprovechamiento de las partículas de luz, fotones, para realizar sus cálculos.

China y Estados Unidos pelean también en la carrera de las súper computadoras cuánticas. Las firmas IBM y Google han desarrollado este tipo de cómputo, mientras que China no quiere quedarse atrás.

Reino Unido anunció la primera computadora cuántica, con una inversión de 10 millones de libras esterlinas.

La computadora cuántica se instalará en el Centro Nacional de Computación Cuántica (NQCC) en Abingdon, Oxfordshire, y estará disponible comercialmente para las empresas.

Esta computadora forma parte de la ambición del gobierno de que el Reino Unido se convierta en una economía preparada para la tecnología cuántica. 

Amanda Solloway, ministra de Ciencia, dijo: “Nuestra ambición es ser la primera economía preparada para la tecnología cuántica del mundo, lo que podría brindar a las empresas e industrias del Reino Unido miles de millones de libras en oportunidades. Esta es una parte clave de nuestro plan para reconstruir mejor utilizando la última tecnología, atraer a los mejores y más brillantes talentos al Reino Unido y alentar a las empresas líderes en el mundo a invertir aquí”.

La nueva computadora cuántica será desarrollada por Rigetti Computing, una empresa que ha desarrollado herramientas basadas en la nube que permite a los desarrolladores escribir algoritmos cuánticos. Trabajará junto a Oxford Instruments, Standard Chartered, Phasecraft y la Universidad de Edimburgo.

La computación cuántica ofrece a las empresas resolver problemas de una forma mejor y más rápida. La tecnología podría traer nuevos tratamientos farmacológicos, mejorar la eficiencia de la cadena de suministro global y reducir el tráfico por carretera, acortando los tiempos de desplazamientos y reduciendo los niveles de contaminación.

De acuerdo con el gobierno, se espera que la computación cuántica proporcione 4 mil millones de libras esterlinas de oportunidades económicas a nivel mundial para 2024 y se prevé que esta cifra aumente a más de 341 mil millones de libras esterlinas en las próximas décadas.

IBM instalará la primera computadora cuántica de Europa en Alemania. La Q System One se construirá en el Instituto Fraunhofer, cerca de la ciudad de Stuttgart, y alrededor se construirán otros laboratorios de investigación.

El objetivo será brindar acceso a la tecnología cuántica para empresas e investigadores en Europa y mantenerse al día frente a grandes potencias tecnológicas como Estados Unidos y China.

“La computación cuántica tiene el potencial de analizar los sistemas complejos en los negocios y la industria, desentrañar las interacciones moleculares y químicas, resolver problemas complicados de optimización y hacer que la Inteligencia Artificial sea significativamente más poderosa”, dijo el profesor Reimund Neugebauer, presidente de Fraunhofer.

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Tener una computadora cuántica con sede en la Unión Europea “ayudará a dar forma al futuro de nuestra sociedad europea”, dijo Martin Jetter, presidente de IBM Europa.

Según un comunicado del Instituto Fraunhofer, a partir de abril los interesados podrán acceder al grupo de computadoras cuánticas. El acuerdo establece que IBM ofrecerá asistencia técnica al instituto en el uso de las computadoras cuánticas.

Si bien la computación cuántica aún se encuentra en sus primeras etapas, IBM nos ha vendido la Q System One como la primer computadora cuántica comercial del mundo. Sin embargo, todavía se sigue utilizando principalmente con fines de investigación.