El nuevo sistema cuántico desarrollado por investigadores de la Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo de Japón, RIKEN, en colaboración con el gigante japonés de las tecnologías de la información, Fujitsu, cuenta con 256 cúbits. Sin embargo, según los expertos, garantizar la calidad de los cúbits es tan importante como su cantidad.
Investigadores en Japón han desarrollado el ordenador cuántico superconductor de mayor tamaño del mundo.
Se utilizan varios tipos de hardware para construir computadoras cuánticas, que utilizan partículas subatómicas llamadas qubits para aumentar las capacidades de computación.
Entre ellos, los ordenadores cuánticos superconductores son los más probados, con empresas como Google, IBM y Rigetti liderando esta tecnología.
Cuanto mayor sea el número de qubits, mayor será el poder de cálculo potencial.
Sin embargo, otros factores como el ruido y los métodos de mitigación de errores también son esenciales para construir una computadora cuántica práctica.
El nuevo sistema cuántico desarrollado por investigadores de la Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo de Japón, RIKEN, en colaboración con el gigante tecnológico japonés Fujitsu, tiene 256 qubits.
A modo de comparación, el procesador cuántico Sycamore de Google utiliza 70 cúbits. IBM tiene un procesador de 1121 cúbits llamado Condor, pero no está ampliamente disponible para usuarios externos.
Se cree ampliamente que se necesitarían un millón de quibits para desarrollar todo el potencial de la tecnología cuántica.
Densidad cuadruplicada
Los investigadores no sólo desplegaron una de las computadoras cuánticas superconductoras de mayor tamaño de su clase, sino que además lograron cuadriplicar la densidad de qubits al colocar 256 qubits en la carcasa utilizada para la computadora cuántica de la generación anterior, que utilizaba 64 qubits.
Los investigadores atribuyen este aumento de cuatro veces en la densidad a una combinación de tecnología de integración de alta densidad y un diseño térmico avanzado.
Reunieron “células unitarias” de 4 qubits una al lado de la otra y colocaron las células conectadas en capas tridimensionales, una técnica conocida como estructura de conexión 3D.
“Usando esta estructura, podemos escalar el chip cuántico sin cambiar el diseño… Podemos hacer chips qubit de cualquier tamaño usando una estructura de conexión 3D”, explicó a Euronews Next Yoshiyasu Doi, investigador sénior del Centro de Colaboración RIKEN RQC-FUJITSU.
Fujitsu afirma que la técnica permite un escalamiento eficiente de qubits sin requerir rediseños complejos.
Las computadoras cuánticas deben operar en temperaturas extremadamente frías y los qubits más grandes generalmente necesitan más espacio debido a la generación de calor.
El nuevo sistema de 256 qubit, alojado en el Centro de Colaboración RIKEN RQC-FUJITSU en Wako, Japón, incluye un sistema de enfriamiento que puede alcanzar temperaturas tan bajas como 20 milikelvin, cerca del cero absoluto, la temperatura más fría posible en la naturaleza.
“Para implementar un mayor número de componentes, el calor térmico es un problema muy complejo… con el nuevo diseño, podemos reducir la potencia del amplificador en más del 60 %. El equilibrio térmico es fundamental para construir un sistema más grande”, afirmó Doi
Al construir un sistema cuántico, cada qubit necesita una conexión de entrada y salida.
El escalamiento implica un empaquetado, cableado e infraestructura criogénica más complejos para gestionar esas conexiones.
“Uno de los avances clave que Fujitsu está demostrando aquí es el aspecto del cableado, alcanzando una mayor densidad”, explicó Jonathan Burnett, subdirector de investigación del Centro Nacional de Computación Cuántica del Reino Unido.
Si bien empresas estadounidenses como IBM y AWS han desarrollado un cableado e integración de alta densidad similares, ningún grupo europeo tiene actualmente un sistema implementado con este nivel de densidad de cable, afirma Burnett.
“A nivel europeo, esto supondría un gran avance”.
Sistema de 1.000 cúbits para 2026
Fujitsu afirma que su objetivo es lanzar una computadora de 1.000 qubits en 2026.
Un sistema de 1000 cúbits es un dispositivo muy costoso. Por lo tanto, primero debemos desarrollar las tecnologías necesarias para construir un sistema aún más grande. Con este diseño denso, podemos construir un sistema más grande, como el de 1000 cúbits, dijo Doi.
Los expertos dicen que el escalamiento es fundamental para avanzar en los beneficios de las computadoras cuánticas superconductoras.
“Empiezas a encontrarte con problemas nuevos… que podrían ocurrir solo porque estás tratando de hacer diez cosas a la vez y, por lo tanto, no los encuentras si nunca trabajas con ese tamaño”, dice Burnett.
“Lo impresionante del trabajo de física en el que Fujitsu está trabajando es encontrarse con esos genuinos problemas de escala que surgen al operar con un número mayor”, añadió.
Sin embargo, garantizar la calidad de los qubits es tan importante como la cantidad de ellos.
Accesible para instituciones de investigación y empresas de todo el mundo
La nueva computadora cuántica de 256 qubit es accesible a través de una plataforma en la nube para que las empresas e instituciones de investigación ejecuten cálculos complicados.
“Una plataforma cuántica híbrida con esta máquina y un simulador cuántico. Ofrecemos este sistema a nuestros clientes y colaboradores, como institutos de investigación de todo el mundo”, afirmó Doi.
Fujitsu afirma que actualmente colabora con cuatro empresas en Japón, que abarcan sectores que van desde el financiero hasta el químico, y que su objetivo es expandir estas colaboraciones a nivel mundial. Existen otras alianzas, pero la empresa no ha revelado detalles específicos por motivos de confidencialidad.
Las computadoras cuánticas prometen hacer avanzar la investigación farmacológica, las finanzas y el descubrimiento de nuevos materiales gracias a sus capacidades informáticas sin precedentes.
Sin embargo, existe un amplio consenso dentro de la industria respecto de que el camino hacia una computación cuántica totalmente práctica todavía es largo.
Un millón de qubits se considera a menudo el umbral para que la computación cuántica a gran escala y tolerante a fallos pueda resolver problemas verdaderamente prácticos y complejos.
En 2023, el Reino Unido presentó su Misión Cuántica 1 como parte de una hoja de ruta nacional hacia la computación cuántica útil. Se estima que se necesitarán alrededor de un millón de cúbits físicos para ejecutar algoritmos reales como el de Shor, que suele utilizarse como referencia.
Sin embargo, los expertos coinciden en que los sistemas más pequeños son pasos cruciales.
“Tenemos que avanzar con la tecnología cuántica paso a paso. Para resolver problemas prácticos, tenemos que construir un sistema de un millón de cúbits… Así que, en ese sentido, desarrollar el sistema de 1000 cúbits es uno de los pasos”, dijo Doi