IBM ha dado a conocer su plan para construir la primera computadora cuántica del mundo a gran escala y tolerante a fallos, preparando el camino para la computación cuántica práctica y escalable.
IBM Quantum Starling, que estaría listó en 2029, se construirá en un nuevo centro de datos de IBM Quantum en Poughkeepsie, Nueva York, y se espera que realice 20 mil veces más operaciones que las computadoras cuánticas actuales. El nuevo Quantum Roadmap describe sus planes para construir una computadora cuántica práctica y tolerante a fallos.
Esta tecnología podría simular interacciones moleculares complejas, acelerando el descubrimiento de nuevos fármacos, optimisar procesos para reducir residuos o descifrar códigos criptográficos a velocidades asombrosas.
Para representar el estado computacional de un IBM Starling se requeriría la memoria de más de un quindecillón (10^48) de las supercomputadoras más poderosas del mundo. Con Starling, los usuarios podrán explorar completamente la complejidad de sus estados cuánticos, que están más allá de las propiedades limitadas a las que pueden acceder las computadoras cuánticas actuales.
“IBM está trazando la proxima frontera en la computación cuántica. Nuestra experiencia en matemáticas, física e ingeniería está preparando el camino para una computadora cuántica a gran escala y tolerante a fallos, que resolverá desafíos reales del mundo y abrirá inmensas posibilidades para los negocios,” afirmó Arvind Krishna, Presidente y CEO de IBM.
Una computadora cuántica a gran escala y tolerante a fallos con cientos o miles de qubits lógicos podría ejecutar desde cientos de millones hasta miles de millones de operaciones, lo que podría acelerar la eficiencia en tiempos y costos en campos como el desarrollo de fármacos, el descubrimiento de materiales, la química y la optimización.
Starling tendrá acceso a la potencia computacional necesaria para estos problemas ejecutando 100 millones de operaciones cuánticas utilizando 200 qubits lógicos. Será la base de IBM Quantum Blue Jay, que será capaz de ejecutar mil millones de operaciones cuánticas en 2.000 qubits lógicos.
El camino hacia la tolerancia a fallos a gran escala
El éxito de la ejecución de una arquitectura eficiente y tolerante a fallos depende de la elección de su código de corrección de errores y de cómo se diseña y construye el sistema para permitir que este código escale.
Una computadora cuántica práctica, a gran escala y tolerante a fallos requiere una arquitectura que sea:
- Tolerante a fallos para suprimir suficientes errores para que los algoritmos útiles tengan éxito.
- Capaz de preparar y medir qubits lógicos a través del cómputo.
- Capaz de aplicar instrucciones universales a estos qubits lógicos.
- Capaz de decodificar mediciones de qubits lógicos en tiempo real y alterar instrucciones posteriores.
- Modular para escalar a cientos o miles de qubits lógicos para ejecutar algoritmos más complejos.
- Suficientemente eficiente para ejecutar algoritmos significativos con recursos físicos realistas, como energía e infraestructura.
Hoy, IBM presenta dos nuevos documentos técnicos que detallan cómo resolverá los criterios anteriores para construir una arquitectura a gran escala y tolerante a fallos:
El primer paper revela cómo un sistema de este tipo procesará instrucciones y ejecutará operaciones de manera efectiva con códigos qLDPC. Este trabajo se basa en un enfoque innovador para la corrección de errores que fue destacado en la portada de Nature. El segundo paper describe cómo decodificar eficientemente la información de los qubits físicos y traza un camino para identificar y corregir errores en tiempo real con recursos informáticos convencionales.
Del plan (o roadmap) a la realidad
El nuevo roadmap de IBM Quantum describe los hitos tecnológicos claves que demostrarán y ejecutarán los criterios de tolerancia a fallos. Cada nuevo procesador del roadmap aborda desafíos específicos para construir sistemas cuánticos que sean modulares, escalables y con corrección de errores:
- IBM Quantum Loon, previsto para 2025, está diseñado para probar componentes de arquitectura para el código qLDPC, incluyendo “acopladores C” que conectan qubits a distancias más largas en el mismo chip.
- IBM Quantum Kookaburra, previsto para 2026, será el primer procesador modular de IBM diseñado para almacenar y procesar información codificada. Combinará la memoria cuántica con operaciones lógicas: el elemento básico para escalar sistemas tolerantes a fallos más allá de un único chip.
- IBM Quantum Cockatoo, previsto para 2027, entrelazará dos módulos Kookaburra mediante acopladores “en L”. Esta arquitectura conectará chips cuánticos como nodos de un sistema mayor, evitando así la necesidad de construir chips imprácticos de gran tamaño.
En conjunto, estos avances están siendo diseñados para culminar en Starling en 2029.
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