El ambicioso plan de computación cuántica de un millón de qubits de IBM

IBM, una de las empresas tecnológicas más antiguas del mundo, está construyendo un frigorífico. Esto, en sí mismo, no tiene precedentes. Otras empresas de tecnología tienen refrigeradores construidos antes. LG vende el impresionante frigorífico inteligente LG InstaView Door-in-Door con conexión Wi-Fi. Samsung, otro fabricante mundial de dispositivos, fabrica el excelente RF23J9011SR Flex de 4 puertas con función Power Cool.

Pero el frigorífico de IBM (aún en desarrollo) es diferente. De hecho, muy diferente. Será enorme por un lado: 10 pies de alto y 6 pies de ancho. También hará un frío inimaginable, alrededor de 15 mikelvin o -459 Fahrenheit, que es más frío que el espacio exterior. También lleva el nombre de una película de James Bond, Goldeneye.

Sin embargo, la mayor diferencia entre este y el frigorífico de cocina común y corriente es su contenido planificado. No espere un soporte para huevos incorporado, cajones para verduras y espacio para su ponche de temporada. En cambio, será el hogar de la primera computadora cuántica de 1 millón de qubits del mundo, una vez que también esté construida.

"Para que surjan los efectos cuánticos, [las computadoras cuánticas] deben enfriarse a temperaturas extremadamente bajas". Jerry Chow, dijo a Digital Trends el director de desarrollo de sistemas de hardware cuántico de IBM. "De hecho, toda la infraestructura que existe, incluso solo el procesador, requiere una buena cantidad de refrigeración, especialmente a medida que se amplía, ¿verdad?"

Fue este proceso de ampliación lo que llevó a Chow y su equipo a la ineludible conclusión de que IBM Realmente necesitaba entrar en el negocio de la refrigeración, al menos en lo que respecta a su propia tecnología cuántica. ordenadores. Por un lado, existe un límite para la capacidad de refrigeración actual. Luego están los problemas con cosas como mantener la integridad del vacío y equilibrar el peso de los diversos componentes necesarios para el enfriamiento. El informático Alan Kay dijo una vez que una empresa que se tome en serio el software también debería construir su propio hardware. Quizás el equivalente cuántico de esto debería ser que la empresa que se tome en serio la computación cuántica no sólo debería construir su propia computadora cuántica, sino también su propio refrigerador para albergarla.

"Si simplemente hacemos un poco de escala, empezaremos a ver que, en algún momento, lo que se puede obtener de los proveedores comerciales se queda corto", dijo Chow. “¿Tienes que empezar a pensar en cómo ir más allá [de eso]?”

¿Qué hace que la computación cuántica sea tan diferente y tan atractiva?

El súper refrigerador de IBM es, en cierto nivel, una pista falsa. Es un poco como construir un garaje nuevo y elegante para el Tesla que le entregarán. Claro, esa elegante puerta de garaje con control remoto que instaló es emocionante, pero no lo es el un poco emocionante. En esta analogía, el nuevo Tesla Model S o Cybertruck es el millón de qubits cuánticos planificado por IBM. Y, siempre que IBM pueda construirlo según lo planeado, será una maravilla, más que digna del refrigerador más sofisticado del mundo.

Las computadoras cuánticas fueron propuestas por primera vez en la década de 1980 por el físico estadounidense Paul Benioff, aunque la mecánica cuántica en la que se basan se remonta a hasta la década de 1920, cuando los físicos comenzaron a notar que ciertos experimentos no producían los resultados que habían predicho utilizando su comprensión actual de física. Richard Feynman, David Deutsch, Yuri Manin y otros aprovecharon la idea de un modelo mecánico cuántico de una máquina de Turing y sugirieron que una computadora cuántica podría usarse para simular cosas que simplemente no se pueden simular a través de una computadora clásica usando métodos clásicos. física. En 1994, Dan Simon demostró que una computadora cuántica podría ser exponencialmente más rápido que una computadora clásica.

Una de las grandes diferencias con la cuántica es el concepto de superposición. Una computadora clásica puede ser un estado de A o B (o, en términos binarios, uno o cero). Una computadora cuántica puede ser una mezcla de los dos. (Eso es El experimento mental del gato de Schrödinger en el que un gato en una caja podría estar vivo, muerto o vivo y muerto simultáneamente). Luego hay otros conceptos. como el colapso, la incertidumbre y el entrelazamiento, que hacen que las computadoras cuánticas sean muy diferentes de aquellas en las que tú y yo crecimos en.

De la misma manera que una computadora clásica funciona con bits, las computadoras cuánticas funcionan con lo que se conoce como qubits. En la actualidad, la computadora cuántica más grande de IBM tiene 65 qubits. Para 2023, quiere construir uno con 1.000 qubits. Y algún tiempo después de eso (una fecha con la que la compañía no se comprometerá, pero que ciertamente está en su hoja de ruta) construirá una máquina de 1 millón de qubits.

Saltar de 65 qubits a un millón de qubits es un gran salto. Pero la informática, incluso la clásica, resulta bastante buena cuando se trata de saltos exponenciales. Ley de Moore afirma que el número de transistores que pueden caber en una placa de circuito se duplica aproximadamente cada dos años. Lo más parecido que tiene lo cuántico a la Ley de Moore es la denominada Ley de Rose, formulada por Geordie Rose en 2002. La Ley de Rose establece que la cantidad de qubits en una computadora cuántica se duplica cada dos años.

En comparación con la Ley de Moore, las implicaciones de la Ley de Rose son posiblemente aún más profundas porque, como observan Peter Diamandis y Steven Kotler en su libro El futuro es más rápido de lo que cree: cómo las tecnologías convergentes están transformando los negocios, las industrias y nuestras vidas, los qubits en superposición tienen mucha más potencia que los bits binarios de los transistores.

Como “más” no siempre es igual a “mejor”, uno de los ajustes conceptuales de IBM a esta noción se basa en el concepto más matizado de lo que IBM llama volumen cuántico. "No se trata sólo de aumentar el número físico de qubits", dijo Chow. “Al final, se trata tanto del número de qubits como de su rendimiento; ¿Qué tamaño de circuito se puede ejecutar realmente en ese hardware antes de que los qubits se decoheran y su información cuántica desaparezca? El volumen cuántico es una de esas métricas”.

Qué esperar cuando esperas computadoras cuánticas

"Todo lo que llamamos real", dijo Niels Bohr, una de las figuras fundadoras de la mecánica cuántica, "está hecho de cosas que no pueden considerarse reales". Dada la premisa de la superposición cuántica, tal vez sea apropiado que las computadoras cuánticas existan hoy en un extraño mundo crepuscular de aquí y no aquí. IBM es solo una de las empresas que ha construido computadoras cuánticas funcionales (Google, Baidu y Amazon son algunos de los otros grandes nombres). Los algoritmos cuánticos también – en algunos casos, aquellos que aún no pueden ejecutarse eficazmente en las computadoras cuánticas que la gente ha construido.

Y, sin embargo, a pesar de todas las pruebas de conceptos y motivos de entusiasmo, es justo decir que el mundo aún no ha comenzado a acercarse a aprovechar el enorme poder de la computación cuántica. "Aún no se sabe del todo lo que [la computación cuántica] implica en términos de aplicaciones reales", dijo Chow.

Algunos de los casos de uso potenciales más interesantes, ya sea química computacional, finanzas modelado, ciberseguridad y criptomonedas, o pronósticos avanzados, siguen siendo fantasmas en el cuántico máquina. Por ahora al menos.

¿Por qué IBM se centra en la computación cuántica? "Nuestra atención se centra en cómo ofrecemos el futuro de la computación", dijo Chow. La cuántica es una parte inevitable de ese futuro.

La computación cuántica es una de las tres grandes apuestas de futuro de IBM. Esta santa trinidad de tecnologías del futuro está formada por la computación cuántica, la inteligencia artificial y la nube. Pero no se trata de apuestas individuales como sería el caso si invirtieras tus ahorros en tres startups prometedoras, creer que uno de los tres tiene la posibilidad de convertirse en un unicornio que compensará con creces cualquier pérdida sufrida por el otros dos.

Quantum, por ejemplo, podría cambiar las reglas del juego para la IA. No hay duda de que la inteligencia artificial (y, más específicamente, aprendizaje automático - ha disfrutado de avances asombrosos utilizando la arquitectura informática clásica. Pero la tecnología cuántica promete acelerar aún más las cosas. Versiones cuánticas de los algoritmos de aprendizaje automático actuales (o, más probablemente, completamente nuevos y mucho más rápidos). alternativas) podrán llevar a cabo enormes proyectos de IA basados ​​en datos. cálculos a una velocidad significativamente más rápida tasa. Podrán manejar la alucinante cantidad de dimensiones que surgen de los datos y mapearlas en el gran espacio de características cuánticas. El entrelazamiento cuántico podría utilizarse para descubrir nuevos patrones que no se pueden descubrir con la computación clásica tradicional.

Flotando en la nube cuántica

La nube también es parte fundamental de la apuesta cuántica de IBM. En términos generales, la progresión popular de la informática clásica fue una transición de mainframes a minicomputadoras y luego a computadoras personales. En la década de 1950, la gente sólo tenía acceso a enormes ordenadores en grandes salas con aire acondicionado. A finales de los años 1970 y 1980, la gente tenía computadoras en sus hogares. En la década de 1990, la gente tenía computadoras portátiles que podían llevar en sus bolsos. Hoy en día tenemos ordenadores en forma de teléfonos inteligentes que llevamos en el bolsillo.

Parece poco probable que las computadoras cuánticas experimenten el mismo cambio en el factor de forma debido a los requisitos (como el enfriamiento extremo) de una computadora cuántica.

"En términos de [tener una computadora cuántica física] en su escritorio, puede que me equivoque, pero no me queda claro que ese sea el caso", dijo Chow. "La mayoría de los sistemas que se construyen requieren este nivel de coherencia cuántica, ya sea un sistema superconductor o iones atrapados, todos requieren bastante infraestructura para mantenerlos, y especialmente a medida que escala arriba."

Pero aquí es donde entra en escena la disrupción de la computación en la nube. La computación en la nube significa que los usuarios tienen acceso a capacidades de supercomputadoras independientemente de si se encuentran en la misma vecindad física. La potencia informática o el almacenamiento ya no se limitan al hardware disponible en su escritorio como lo hacía hace 20 años.

"Hoy en día se hacen muchas cosas a través de la nube [y] la gente ni siquiera se da cuenta", dijo Chow. “¿Cuántas veces la gente se da cuenta de que algo no se procesa por sí solo? portátiles ¿O en sus propios teléfonos, pero en otro lugar? Así es como funcionará la tecnología cuántica sobre la nube”.

Así es, hasta cierto punto, cómo es la computación cuántica. ya laboral. En mayo de 2016, IBM lanzó su Experiencia cuántica, un procesador cuántico de cinco qubits y un simulador de correspondencia conectado que permite a los usuarios realizar experimentos en un sistema informático cuántico. Hasta la fecha, IBM Quantum ha implementado 32 procesadores cuánticos en la nube, con más de 280.000 usuarios en todo el mundo ejecutando colectivamente más de mil millones de circuitos cuánticos diariamente. A medida que estén disponibles computadoras cuánticas más potentes, los usuarios también podrán acceder a ellas a través de la nube.

"Tendrás problemas que se resolverán naturalmente utilizando las mejores técnicas que conocemos en las computadoras tradicionales", dijo Chow. "Pero también hay partes de estos problemas que hoy en día son demasiado complejas para resolver [incluso con sistemas informáticos de alto rendimiento] y que podrían ser adecuadas para computadoras cuánticas".

No, no ejecutará su hoja de cálculo de Excel en una computadora cuántica en el corto plazo (si es que alguna vez lo hace). Las computadoras clásicas pueden ejecutar Excel perfectamente. Pero algunas aplicaciones ciertamente podrían aprovechar las capacidades cuánticas, ya sea para cosas como el cifrado o un mejor aprendizaje automático. Incluso podría haber algunos ejemplos más fascinantemente frívolos. Por ejemplo, James Wootton, otro ingeniero de IBM, está utilizando la computación cuántica para hacer generación aleatoria de terreno en juegos de computadora. ¿Alguna vez soñaste con un juego que pudiera reconfigurarse totalmente cada vez que juegas a un nivel inimaginable? Quantum es tu respuesta.

El modelo híbrido

"Esto es lo que queremos decir con el modelo computacional de nube híbrida", dijo Chow. “Tendrás tu carga de trabajo problemática que se introduce en una computadora y las partes correctas van a una computadora clásica y las otras partes van a una computadora cuántica. Entonces surge una solución. Ésa es la imagen que puedes imaginar en el futuro. [Quantum no es] un reemplazo [para las computadoras clásicas], pero ciertamente funcionarán de la mano”.

IBM no se compromete a decir exactamente cuándo entregará su computadora de un millón de qubits ni, en realidad, cuándo estará terminado su refrigerador Goldeneye. Pero su creencia de que la computación cuántica cambiará las reglas del juego es bastante clara.

en un publicación escrita para el blog de IBM a principios de este año, Jay Gambetta, miembro de IBM y vicepresidente de computación cuántica, comparó la próxima generación de computadoras cuánticas de IBM con las misiones Apolo que resultaron en el alunizaje. Esa es toda la comparación. También puede ser exacto.

Aquí en 2020, con la perspectiva de una alunizaje nuevo tentadoramente más cerca de lo que ha estado en décadas, suena como una comparación mucho más optimista de lo que podría haber sido hace apenas unos años. La espera debería valer la pena.

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