Hasta la vista, ordenadores cuánticos grandes y complicados; los ordenadores cuánticos de escritorio están decididos a pasaros por encima
Investigación

Hasta la vista, ordenadores cuánticos grandes y complicados; los ordenadores cuánticos de escritorio están decididos a pasaros por encima

Hay una razón de peso que explica por qué los ordenadores cuánticos tienen un aspecto tan extraño y son tan complicados: para funcionar correctamente y entregarnos resultados válidos sus cúbits deben trabajar con un nivel mínimo de energía. De hecho, lo ideal es que operen en un entorno con una temperatura muy cercana al cero absoluto. De lo contrario aparece un fenómeno conocido como decoherencia cuántica que echa por tierra las capacidades que hacen a estos ordenadores tan especiales.

Afortunadamente, el desarrollo tecnológico ha permitido a los fabricantes de procesadores cuánticos superconductores, como IBM, Google o Intel, entre otros, resolver este reto. No de una forma definitiva, pero sí de una manera lo suficientemente buena para que sus ordenadores cuánticos puedan funcionar correctamente durante un lapso de tiempo relativamente breve. Para lograrlo han puesto a punto un sistema de refrigeración criogénico que es capaz de mantener el hardware cuántico a una temperatura de unos 20 milikelvin, que son aproximadamente -273 ºC (el cero absoluto es -273,15 ºC).

El sistema de refrigeración criogénico que utilizan los ordenadores cuánticos consigue mantenerlos a -273 ºC, una temperatura muy cercana al cero absoluto

Para sostener este nivel mínimo de energía durante el máximo tiempo posible, y, así, evitar que las perturbaciones introducidas por la energía térmica alteren el estado cuántico de los cúbits, es necesario introducir el ordenador cuántico y el sistema de refrigeración en una cámara de vacío. Como acabamos de ver, la temperatura que nos permite alcanzar esta tecnología es extremadamente baja, pero no consigue igualar el cero absoluto. Y aunque pudiéramos alcanzarlo seguirá existiendo una energía residual, conocida en mecánica cuántica como energía del punto cero, que es el nivel de energía más bajo que puede tener un sistema físico.

Ordenadorcuantico
En esta fotografía podemos ver el aspecto que tienen la cámara de vacío y el sistema de refrigeración criogénico utilizados por los ordenadores cuánticos con cúbits superconductores.

La consecuencia de que el hardware del ordenador cuántico esté sometido a un cierto nivel de perturbación energética, a pesar del enorme esfuerzo que realizan los investigadores para aislarlo del exterior, es que acaba apareciendo la decoherencia cuántica que he mencionado unas líneas más arriba. Y cuando lo hace los efectos cuánticos que permiten a estos ordenadores llevar a cabo una enorme cantidad de cálculos simultáneamente se van al garete. A partir de este momento tenemos un complejísimo y carísimo ordenador cuántico que se comporta como un ordenador clásico.

Lo más sorprendente es que el procesador cuántico que contiene los cúbits superconductores en realidad no es mucho más grande ni muy distinto por fuera a los microprocesadores que residen en el interior de nuestros ordenadores. De hecho, en la fotografía que publicamos encima de estas líneas podemos ver la cámara de vacío y una parte del sistema de refrigeración criogénico utilizado por Intel en uno de sus ordenadores cuánticos superconductores, pero el procesador cuántico, como podéis ver en la siguiente imagen, no es muy diferente externamente a los circuitos integrados con los que todos estamos familiarizados.

Procesadorcuantico
Los procesadores cuánticos no son mucho mayores que los microprocesadores que todos tenemos en el interior de nuestros ordenadores.

La idea que ha ejecutado Quantum Brilliance es revolucionaria. Y brillante

Si los ordenadores cuánticos no necesitasen operar en unas condiciones tan extremadamente exigentes para funcionar correctamente serían mucho más pequeños, sencillos y baratos porque no sería necesario poner a punto un sistema de refrigeración tan avanzado. Y tampoco haría falta la cámara de vacío de la que hemos hablado. No tendrían por qué ser más grandes que los ordenadores domésticos con los que todos estamos familiarizados. En este párrafo estoy utilizando el condicional para no precipitar los acontecimientos, pero, en realidad, el ordenador cuántico de escritorio ya existe. Podéis verlo en la fotografía de portada de este artículo.

La empresa que lo ha creado se llama Quantum Brilliance, y es australiana, aunque también cuenta con respaldo científico y financiero alemán. Lo que ha conseguido es, ni más ni menos, desarrollar cúbits capaces de trabajar correctamente a la temperatura a la que las personas nos encontramos cómodas, en la órbita de los 20 ºC, por lo que no necesitan un sistema de refrigeración ni remotamente tan complejo como el que utilizan los ordenadores cuánticos convencionales. De hecho, este ordenador cuántico, según sus creadores, opera con éxito en las mismas condiciones ambientales en las que trabajan los ordenadores clásicos.

Los cúbits que ha desarrollado esta empresa son diferentes a los cúbits superconductores de IBM, Google o Intel. De hecho, en esa diferencia reside, precisamente, la salsa de la receta de Quantum Brilliance. A grandes rasgos y omitiendo los detalles más complejos, estos cúbits tan peculiares están encapsulados en un recinto de diamante sintético cuya estructura tiene unos pequeños defectos que se manifiestan bajo la forma de unos huecos ligados a un átomo de nitrógeno.

No obstante, su robustez y su relativa inmunidad a las perturbaciones derivadas de la energía térmica residen en la capacidad de asociar su estado cuántico al espín del núcleo atómico, y no al espín de un electrón, que es lo que suelen hacer los cúbits superconductores convencionales. El núcleo de los átomos es menos sensible a las fluctuaciones térmicas que los electrones, y esta propiedad es la que permite a estos cúbits, según sus inventores, trabajar correctamente a la temperatura ambiental a la que las personas nos sentimos cómodas.

Para actuar sobre los cúbits y controlar su funcionamiento con precisión Quantum Brilliance está utilizando microondas, campos magnéticos, señales de radiofrecuencia y pulsos ópticos. No obstante, esto no es lo más interesante. Lo más sorprendente es que los diseñadores de estos cúbits aseguran que su estrategia permite a su ordenador cuántico mantener la coherencia, y, por tanto, funcionar bien, durante varios milisegundos. Puede parecer muy poco tiempo, pero es una eternidad si tenemos presente que los demás ordenadores cuánticos la preservan habitualmente durante entre 100 y 150 microsegundos. Además, según los técnicos de esta empresa, sus cúbits tienen una tasa de errores más baja que los cúbits superconductores.

Los cúbits de Quantum Brilliance son, según esta empresa, capaces de preservar la coherencia durante varios milisegundos

Si tenéis curiosidad y queréis ampliar esta información podéis echar un vistazo a este documento técnico y al artículo en el que explicamos con más detalle cómo funcionan los ordenadores cuánticos con cúbits superconductores. Todo esto suena muy bien. Demasiado bien. Podríamos pensar que nos están vendiendo humo, pero no. Es real. Quantum Brilliance ya está a punto de instalar sus ordenadores cuánticos dotados de esta tecnología en el Centro de Supercomputación Pawsey, en Australia Occidental. Su aspecto es el que podemos ver en la imagen de portada de este artículo, y, sorprendentemente, tienen un tamaño muy similar al de un ordenador de sobremesa tradicional.

Este ordenador cuántico «de escritorio», no obstante, tiene 5 cúbits, por lo que está lejos de los 54 cúbits del procesador cuántico Sycamore con el que Google alcanzó la supremacía cuántica en 2019, y más aún de los 66 cúbits del chip cuántico Zuchongzhi utilizado por los investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China para alcanzar este mismo hito. Sin embargo, Quantum Brilliance asegura que  el ordenador cuántico que están vendiendo actualmente en realidad es un kit de desarrollo que ejerce como anticipo del producto que esperan lanzar en 2025: un acelerador cuántico de 50 cúbits que tendrá un tamaño similar al de una tarjeta gráfica, y que presumiblemente podrá ser instalado en el interior de un PC para dotarlo de la capacidad de llevar a cabo procesamiento cuántico. Si consiguen lanzar algo así es probable que se coman el mercado.

Aceleradorcuantico
Este es el aspecto que, en teoría, tendrá el acelerador cuántico de 50 cúbits que Quantum Brilliance planea colocar en el mercado en 2025. Podrá ser instalado en el interior de un PC.

Todo lo que hemos visto en este artículo es bastante impresionante, pero deja varias dudas sobre la mesa. La más evidente es que Quantum Brilliance aún tiene que demostrar si consigue escalar su ordenador cuántico lo suficiente para que pueda rivalizar por su potencia con las propuestas de las empresas con las que va a competir, que ya tienen máquinas con varias decenas de cúbits, y que posiblemente en 2025 dispondrán de ordenadores cuánticos con más de un centenar de cúbits. De hecho, nos dejará boquiabiertos si dentro de cuatro años realmente consigue lanzar su acelerador cuántico de 50 cúbits.

Los responsables de esta empresa aseguran que su propósito es competir de tú a tú con los ordenadores clásicos que tienen un tamaño y un consumo similar al de su solución. Lo que nos están diciendo entre líneas es que será posible integrar un superordenador cuántico aglutinando decenas de sus aceleradores cuánticos de 50 cúbits. Pase lo que pase los usuarios no debemos perder de vista que uno de los grandes desafíos a los que se enfrentan los ordenadores cuánticos es, precisamente, desarrollar algoritmos cuánticos que nos permitan sacarles partido. Actualmente tenemos muy pocos y su utilidad queda muy lejos de las necesidades que tenemos los usuarios de a pie, por mucho que en unos años podamos instalar una aceleradora cuántica dentro de nuestro PC.

Vía | New Atlas

Más información | Quantum Brilliance

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