Las computadoras cuánticas, aunque delicadas y meticulosas en su forma actual, prometen sobresalir en un conjunto específico de tareas. Por un lado, deberían ser capaces de resolver ciertos tipos de problemas matemáticos que involucren álgebra lineal más rápido y con mayor precisión que las computadoras clásicas, debido a una peculiaridad en su diseño.
Las computadoras clásicas tienen interruptores binarios que representan la información como cero o uno. El equivalente cuántico de eso, llamado qubits, puede representar información como uno, cero o una combinación de los dos. Esto se debe a que, en lugar de tener bits que almacenan estados de encendido o apagado, los qubits almacenan formas de onda.
En este campo cuántico, los investigadores de IBM han estado trabajando arduamente, actualizando su conjunto de hardware y software dentro de un dispositivo que tiene como objetivo resolver problemas que se consideran difíciles o imposibles para las mejores computadoras clásicas disponibles en la actualidad.
En mayo, IBM dio a conocer una hoja de ruta ambiciosa para hacer que la computación cuántica sea más poderosa y práctica. En la Cumbre de IBM de esta semana, la compañía anunció los puntos de control que ha alcanzado hasta ahora, incluido un procesador de 433 qubits recientemente completado llamado Osprey y versiones actualizadas de su software cuántico.
Para que estos dispositivos mantengan sus propiedades cuánticas, deben mantenerse a temperaturas muy frías utilizando refrigeradores y sistemas de refrigeración especializados. IBM compartió un informe de progreso sobre dónde se encuentran en el ensamblaje de las diferentes partes que comprenderán su infraestructura de refrigerador criogénico 2023, que se llama System Two. Es responsable de contener todo el equipo de computación cuántica y mantenerlo estable.
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Los chips cuánticos de IBM llevan el nombre de pájaros. Osprey, que es casi tres veces más grande que un chip anterior de 127 qubits llamado Eagle, utiliza muchas de las mismas tecnologías y diseños, como una estructura de celosía hexagonal en la superficie del chip que contiene todos los qubits. Pero 400 qubits pueden ser mucho para administrar, por lo que los ingenieros experimentan constantemente con técnicas de fabricación o pequeños cambios en el diseño para hacer que los procesadores sean menos ruidosos y más eficientes.
“Cada vez que necesita diseñarlo para que sea 3x, hay cosas que entran en juego para asegurarse de que funcione”, dice Jerry Chow, director de desarrollo de sistemas de hardware cuántico en IBM Quantum. “Con Osprey, gran parte se reduce a desarrollar y escalar aún más el cableado de varios niveles que era común en la pila Eagle, pero también a formas de optimizarlo para agrupar más qubits y enrutarlos juntos”.
Una forma de hacer esto es ajustando el componente estructural en la computadora cuántica: Reemplazar los cables coaxiales hechos a mano con un cableado de mayor densidad similar a una cinta llamado cableado flexible reduce el tamaño total (y el costo). Estas cintas también se pueden panquecar y apilar juntas en forma de escalera para conectar las diferentes placas de los frigoríficos. Este cambio puede aumentar la cantidad de señales que se pueden transmitir.
Junto con los nuevos procesadores, el equipo anunció nuevas generaciones de electrónica de control y mejoras en chips más antiguos como Eagle y Falcon.
Una métrica que IBM ha estado tratando de mejorar en todos sus chips es el tiempo de coherencia de los qubits. El tiempo de coherencia se refiere a cuánto tiempo permanecen los qubits en su estado cuántico similar a una onda. Los qubits pueden perder esta propiedad si hay demasiada interferencia de ruido de otros qubits y del entorno, lo que puede provocar decoherencia. Eso altera los resultados de los cálculos. El tiempo de coherencia, cuánto se tarda en hacer una puerta cuántica y la cantidad de qubits disponibles son factores que determinan el rendimiento de un chip. También establecen un límite en el tamaño de los problemas que puede asumir un determinado dispositivo.
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En este momento, el tiempo medio de coherencia de Osprey es de alrededor de 70 a 80 microsegundos. Chow y sus colegas han estado aumentando los tiempos de coherencia de los qubits en chips anteriores como Eagle y Falcon por un factor de tres.
“Falcon aumentó en un factor de tres a alrededor de 300 a 400 microsegundos. Eagle, el año pasado cuando lo lanzamos, estaba en el rango de 90 microsegundos a 100 microsegundos”, dice Chow. “Ahora, tenemos nuestra Eagle revisión tres, que también puede alcanzar los 300 microsegundos de tiempos de coherencia”.
La segunda revisión de Osprey, que ya se está elaborando, muestra una mejora similar en sus tiempos de coherencia.
IBM aún no ha lanzado Osprey a ningún cliente. “Todavía está en la fase de determinar qué tan bien funciona, caracterizándolo”, dice Chow. “Ciertamente tenemos tiempos de coherencia y algunos de sus aspectos más fundamentales, pero aun así vamos a trabajar para incorporarlo en un sistema completo durante los próximos meses, lo que conducirá a la implementación del cliente a principios del próximo año”.
La cumbre fue también una oportunidad para demostrar todo el aplicaciones que los socios de IBM han encontrado hasta ahora con la tecnología cuántica, incluido su uso para detectar ondas gravitacionaleshallazgo fraude en los datos de pago con tarjeta, calculando los riesgos relacionados con el clima para almacen de energia problemas, y simular las propiedades de las moléculas a diseñar nuevos materiales.