Jay Gambetta, IBM Fellow y VP de IBM Quantum
En
1969, los humanos superaron obstáculos tecnológicos sin precedentes
para hacer historia: pusimos a dos de nuestra especie en la Luna y los
devolvimos a salvo. Las computadoras de hoy son capaces, pero sin duda
están orientadas hacia la Tierra cuando se trata de captar con precisión
los detalles más finos de nuestro universo. Construir un dispositivo
que realmente capte el comportamiento de los átomos, y pueda aprovechar
ese comportamiento para resolver algunos de los problemas más
desafiantes de nuestro tiempo, puede parecer imposible si nos limitamos a
pensar en el mundo computacional que conocemos. Pero al igual que con
la llegada a la Luna, nuestro objetivo final es acceder a una dimensión
que está más allá de lo que es posible hacer con computadoras clásicas:
queremos construir una computadora cuántica a gran escala. La
computadora cuántica del futuro relevará a las computadoras clásicas en
donde fallan, controlando el comportamiento de los átomos para ejecutar
aplicaciones revolucionarias en todas las industrias, que permitan
generar materiales que cambiarán el mundo o transformar la forma en que
hacemos negocios.
Hoy,
publicamos la hoja de ruta que creemos que nos llevará de los ruidosos
dispositivos de pequeña escala de la actualidad a los dispositivos de
más de un millón de qubits del futuro. Nuestro equipo está desarrollando
un conjunto de procesadores escalables, cada vez más grandes y mejores,
con un dispositivo de más de 1000 qubits, llamado IBM Quantum
Condor, apuntando a finales de 2023. Para dar cabida a dispositivos aún
más masivos más allá de Condor, estamos desarrollando un refrigerador
de dilución más grande que cualquiera disponible comercialmente en la
actualidad. Esta hoja de ruta nos encamina hacia los procesadores de más
de un millón de qubits del futuro, gracias a conocimiento líder en la
industria, equipos multidisciplinarios y la metodología ágil que mejora
cada elemento de estos sistemas. Mientras tanto, nuestra hoja de ruta de
hardware es el eje de una misión más grande: diseñar una computadora
cuántica full-stack, implementada a través de la nube, que cualquier persona en todo el mundo pueda programar.
El
equipo de IBM Quantum construye procesadores cuánticos, es decir,
procesadores de computación que se basan en las matemáticas de las
partículas elementales para expandir nuestras capacidades
computacionales, que ejecutan circuitos cuánticos en lugar de los
circuitos lógicos de las computadoras digitales. Representamos datos
utilizando los estados cuánticos electrónicos de átomos artificiales
conocidos como qubits transmon superconductores, que están conectados y
manipulados por secuencias de pulsos de microondas para permitir el
funcionamiento de esos circuitos. Pero los qubits olvidan rápidamente
sus estados cuánticos debido a la interacción con el mundo exterior. El
mayor desafío que enfrenta nuestro equipo hoy es descubrir cómo
controlar grandes sistemas de estos qubits durante el tiempo suficiente y
minimizando los errores lo suficiente como para ejecutar los circuitos
cuánticos complejos requeridos por las futuras aplicaciones cuánticas.
IBM
viene explorando los qubits superconductores desde mediados de la
década de 2000, y viene aumentando los tiempos de coherencia y
disminuyendo los errores para habilitar dispositivos multi-qubits desde
principios de la década de 2010. Los refinamientos y avances continuos
en todos los niveles del sistema, desde los qubits hasta el compilador,
nos permitieron poner la primera computadora cuántica en la nube en
2016. Estamos orgullosos de nuestro trabajo. Hoy, mantenemos más de dos
docenas de sistemas estables en IBM Cloud para que nuestros clientes y
el público en general experimenten, incluidos nuestros procesadores IBM
Quantum Canary de 5 qubits y nuestros procesadores IBM Quantum Falcon de
27 qubits, en uno de los cuales recientemente se ejecutó un circuito
cuántico lo suficientemente largo como para declarar un Volumen Cuántico de 64.
Este logro no fue una cuestión de construir más qubits; en su lugar,
incorporamos mejoras al compilador, refinamos la calibración de las
puertas de dos qubits y publicamos actualizaciones para la gestión y la
lectura del ruido sobre la base de ajustes a los pulsos de microondas.
Detrás de todo eso se encuentra el hardware con métricas de dispositivos
líderes en el mundo fabricadas con procesos únicos para permitir un
rendimiento confiable.
En
paralelo a nuestros esfuerzos por mejorar nuestros dispositivos más
pequeños, también estamos incorporando las muchas lecciones aprendidas
en una hoja de ruta ambiciosa para escalar a sistemas más grandes. De
hecho, este mes lanzamos silenciosamente nuestro procesador IBM Quantum
Hummingbird de 65 qubits, para los miembros de nuestra IBM Q Network.
Este dispositivo cuenta con multiplexación de lectura 8:1, lo que
significa que combinamos señales de lectura de ocho qubits en 1,
reduciendo la cantidad total de cableado y componentes requeridos para
la lectura y mejorando nuestra capacidad de escalar, al tiempo que
preservamos todas las características de alto rendimiento de la
generación de procesadores Falcon. Hemos reducido significativamente el
tiempo de latencia del procesamiento de señales en el sistema de control
asociado, como preparación para las próximas capacidades del sistema de
retroalimentación y avance, donde podremos controlar qubits basados
en condiciones clásicas mientras se ejecuta el circuito cuántico.
El
próximo año, presentaremos nuestro procesador IBM Quantum Eagle de 127
qubits. Eagle trae varias actualizaciones para superar el hito de los
100 qubits: de manera crucial, las vías de silicio (through-silicon vías, TSV)
y el cableado de varios niveles brindan la capacidad de desplegar de
manera efectiva una gran densidad de señales de control clásicas
mientras se protegen los qubits en una capa separada para mantener
tiempos de coherencia elevados. Mientras tanto, hemos logrado un
delicado equilibrio de conectividad y reducción del error de crosstalk
con nuestro enfoque de frecuencia fija para puertas de dos qubits y la
disposición de qubit hexagonal introducida por Falcon. Este diseño de
qubit nos permitirá implementar el código de corrección de errores
"hexagonal pesado" que nuestro equipo estrenó el año pasado, de modo que
a medida que aumentemos el número de qubits físicos, también podremos
explorar cómo funcionarán juntos como qubits lógicos con corrección de
errores: cada procesador que diseñamos tiene en cuenta las
consideraciones de tolerancia a falla.
Con
el procesador Eagle, también presentaremos capacidades de cómputo
clásicas en tiempo real concurrentes que permitirán la ejecución de una
familia más amplia de circuitos y códigos cuánticos.
Los
principios de diseño establecidos para nuestros procesadores más
pequeños nos encaminarán hacia el lanzamiento de un sistema IBM Quantum
Osprey de 433 qubits en 2022. Controles más eficientes y densos y la
infraestructura criogénica garantizarán que la ampliación de la escala
de nuestros procesadores no sacrifique el rendimiento de nuestros qubits
individuales, introduzcan más fuentes de ruido ni ocupen una huella
demasiado grande.
En
2023, presentaremos el procesador IBM Quantum Condor de 1.121 qubits,
incorporando las lecciones aprendidas de procesadores anteriores
mientras continuamos reduciendo los errores críticos de dos qubits para
que podamos ejecutar circuitos cuánticos más largos. Consideramos que
Condor es un punto de inflexión, un hito que marca nuestra capacidad
para implementar la corrección de errores y escalar nuestros
dispositivos, y al mismo tiempo es lo suficientemente complejo como para
explorar las posibles ventajas cuánticas, problemas que podemos
resolver de manera más eficiente en una computadora cuántica que en las
mejores supercomputadoras del mundo.
Una
mirada a la hoja de ruta de IBM para avanzar computación cuántica,
desde los dispositivos ruidosos y a pequeña escala de hoy, a sistemas
cuánticos más grandes y avanzados del futuro. Crédito: StoryTK para IBM
El
desarrollo requerido para construir Condor habrá resuelto algunos de
los desafíos más urgentes en la forma de escalar una computadora
cuántica. Sin embargo, a medida que exploramos dominios incluso más allá
de la marca de los mil qubits, los refrigeradores comerciales de
dilución de hoy ya no serán capaces de enfriar y aislar eficazmente
dispositivos tan complejos y potencialmente grandes.
Es
por eso que también presentamos un "superrefrigerador" de 10 pies de
alto y 6 pies de ancho, conocido como "Goldeneye", un refrigerador de
dilución más grande que los disponibles comercialmente en la actualidad.
Nuestro equipo ha diseñado este gigante con un sistema de un millón de
qubits en mente y ya ha comenzado las pruebas de viabilidad
fundamentales. En última instancia, imaginamos un futuro en el que las
interconexiones cuánticas enlazan refrigeradores de dilución, cada uno
con un millón de qubits, como la intranet enlaza con los procesadores de
supercomputación, creando una computadora cuántica masivamente paralela
capaz de transformar el mundo.
Conocer
el camino a seguir no elimina los obstáculos; enfrentamos algunos de
los mayores retos en la historia del progreso tecnológico. Pero, con
nuestra visión clara, ahora se siente que una computadora cuántica
tolerante a fallas puede ser un objetivo alcanzable en la próxima
década.
Texto traducido al español del Blog - IBM Research:
