Computadoras cuánticas: tardarán en llegar por sus componentes exóticos

La computadora cuántica promete ser el próximo gran hito tecnológico y, como tal, el interés acerca de la revolución que va a suponer en nuestra sociedad crece exponencialmente. Pero, como toda gran promesa, escuchamos los ecos de su potencial impacto antes de verlo con nuestros propios ojos. Este artículo está concebido para que pongamos los pies en la tierra antes de sucumbir a los presagios más optimistas.

Las computadoras cuánticas requieren de un hardware muy preciso. Las piezas necesarias para construirlas son tan específicas que hay pocas empresas que las fabriquen, son caras y sus tiempos de entrega son largos. "Actualmente, no existen computadoras cuánticas en términos absolutos. La industria se encuentra en su etapa embrionaria, pero en pleno auge", comienza Sal Bosman, fundador y CEO de Delft Circuits, una empresa holandesa centrada en el desarrollo de tecnología para monitorear y controlar cúbits o bits cuánticos, el equivalente a los tradicionales bits que emplean los sistemas binarios.

Mientras los bits pueden representar unos o ceros, los cúbits son partículas, como podrían ser los electrones o los átomos, que pueden ocupar un estado cuántico de uno y cero al mismo tiempo y solo adoptarían un valor definido al ser medidos.

La compañía Atos puede simular computadoras cuánticas con 42 cúbits. Para ello, necesita 48 terabytes de memoria RAM. Por cada cúbit adicional, la memoria RAM se duplica, lo que genera problemas muy rápidamente. "La promesa de la computación cuántica es muy poderosa y se mueven miles de millones de euros en inversiones, pero todavía no existe una prueba de concepto", lamenta Bosman.

Y es que, para que exista una computadora cuántica útil, son muchos los factores que deben funcionar en paralelo. La refrigeración, el procesador cuántico, el cableado, la electrónica… Por no hablar de un software que controle todo esto. Este último elemento sería el encargado de traducir un problema técnico o comercial en términos matemáticos que la computadora cuántica pudiera explotar, pasando por un controlador real al procesador cuántico para que este pudiera realizar su función.

De piezas simples a un sistema complejo

Bosman establece una comparativa que ayuda a comprender este proceso: "Utilizamos un software para hacer algo, como puede ser Adobe Photoshop. Este se ejecuta en un sistema operativo como Microsoft, que a su vez se ejecuta en un sistema integrado por computadora —por ejemplo, Dell—, que contiene un procesador Intel y todo el hardware periférico importante para funcionar".

"Cada pieza individual es relativamente sencilla, incluso los cúbits", asegura Chris Monroe, CEO de IonQ, una de las pocas compañías en el mundo que desarrolla tecnología para ejecutar circuitos cuánticos. "Es el sistema lo que tiene mayor complejidad. Hay tantos componentes interrelacionados que la dificultad está en el funcionamiento óptimo de todas las piezas en su conjunto"

Los problemas conceptuales de estos ordenadores se multiplican cuando tratamos de trasladarlo a un entorno real, en el que el uso de estados computacionales cuánticos demasiado frágiles supone un reto difícil de superar. "La cantidad de sistemas físicos que pueden controlarse en un entorno de laboratorio hasta el nivel requerido para realizar incluso las demostraciones más básicas del procesamiento de información cuántica es bastante limitada en la actualidad", reconoce el científico de IBM Research Antonio Córcoles.

Su empresa ha presentado IBM Q System One, que definen como la primera computadora cuántica para uso comercial. Las condiciones que requiere, no obstante, hacen necesario que se ubique en un entorno especial, unas instalaciones que prevén inaugurar en Nueva York antes de que termine el año.

"Construimos nuestros cúbits con superconductores", explica el científico. "El funcionamiento de estos sistemas requiere un nivel extremo de aislamiento de las fuentes de ruido y calor y debemos enfriarlos a temperaturas entre dos y tres órdenes de magnitud por debajo de la temperatura promedio del espacio exterior".

Una vez han conseguido enfriarlos, se acerca el siguiente desafío: diseñar sistemas electrónicos que controlen la temperatura de la habitación con suficiente rango dinámico, bajo ruido y baja latencia para ejecutar las puertas que comprenden los algoritmos y protocolos que estos sistemas pueden ejecutar.

Como la informática tradicional en 1950

El rendimiento de los cómputos cuánticos sobre la nube supone nuevos retos, como la necesidad de caracterizar y calibrar con frecuencia los sistemas y controles debido a las pequeñas inestabilidades intrínsecas a estos sistemas y la necesidad de proporcionar un ambiente criogénico estable a largo plazo.

"La computación cuántica se encuentra en una etapa de desarrollo similar a la de la computación clásica durante la década de los cincuenta", resume Córcoles. "Todavía hay preguntas fundamentales de investigación que deben responderse sobre cómo funcionan estos dispositivos, cómo podemos mejorarlos y cómo podremos usarlos antes de hablar sobre su producción en masa".

En este punto, Monroe apunta que el apoyo del sector público es de vital importancia. En su opinión, en las universidades, el uso de leyes cuánticas para la computación es familiar para muchos investigadores y estudiantes en los departamentos de ciencia y tecnología. Y en sectores industriales se gestionan áreas con altos niveles de complejidad y trabajan expertos en diseño de sistemas y control de calidad necesarios para que un proyecto funcione.

"Sin embargo, las universidades no suelen construir grandes sistemas que puedan ser utilizados por terceros y, en la industria, los ingenieros rara vez se sienten cómodos con las leyes fundamentales de la física cuántica que subyacen a esta tecnología", señala. "Los gobiernos pueden ayudarnos fomentando la unión de estas dos comunidades o patrocinando entidades que brinden pedagogía cuántica a estos profesionales".

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