La computación cuántica está cambiando el rumbo de la ciencia: una interpretación profunda del último avance de IBM

En la comunidad científica, a medida que se espera con ansias computadoras cuánticas más grandes y potentes, la International Business Machines Corporation (IBM) y un grupo de investigadores están intentando demostrar que estos sistemas ya pueden ser utilizados hoy en día. Lo lograron.

Un artículo preliminar subido el miércoles a la plataforma arXiv muestra que científicos de IBM, en colaboración con dos laboratorios nacionales y tres universidades, lograron simular con éxito un proceso que no puede ser detectado a simple vista, pero que tiene valor en el campo de la ciencia de materiales, utilizando una computadora cuántica.

Los investigadores utilizaron la técnica de dispersión de neutrones (es decir, hicieron que un haz de neutrones atravesara una muestra) para medir las propiedades de un cristal magnético y compararon los resultados de las mediciones con los resultados de las simulaciones realizadas en la computadora cuántica de IBM. Finalmente, el procesador cuántico mostró con éxito el patrón de comportamiento que dicho cristal debería exhibir.

Si esta descripción parece un poco compleja, escuchemos la interpretación de los propios investigadores: el físico Alan S. de los Laboratorios Nacionales de Los Álamos afirmó que este logro “eleva el umbral de expectativas sobre las capacidades de las computadoras cuánticas”.

(izquierda: resultados del experimento de dispersión de neutrones; derecha: resultados de la simulación de la computadora cuántica de IBM) Fuente de la imagen: IBM

Los sistemas de materiales a nivel cuántico son extremadamente complejos, y las computadoras tradicionales a menudo tienen dificultades para modelarlos. La computadora cuántica logró completar esta tarea, lo que marca que tales sistemas están volviéndose lo suficientemente potentes como para ayudar en el desarrollo de nuevos materiales.

Esto también corrobora indirectamente el potencial de aplicación de la tecnología cuántica en la ciencia de materiales: esta disciplina es el soporte fundamental de casi todas las invenciones modernas, desde dispositivos médicos hasta semiconductores y baterías, todas dependen de esta disciplina.

Los escenarios de aplicación de la computación cuántica están comenzando a clarificarse. A principios de este mes, IBM publicó un plano de centro de datos que planifica la fusión de computadoras cuánticas con las GPU y CPU existentes. Además de la ciencia de materiales, esta tecnología también tendrá un impacto profundo en las industrias financiera y farmacéutica. Algunos optimistas en la industria creen que también puede reducir drásticamente el consumo de energía en tareas de alta computación.

Actualmente, los expertos de la industria y los inversores en el campo cuántico han bajado sus expectativas. Antes de que las computadoras cuánticas sean ampliamente comercializadas, todavía es difícil considerarlas realmente “utilizables”. Para lograrlo, debe alcanzarse la escalabilidad.

A pesar de esto, la capacidad demostrada en el último experimento de IBM se esperaba que no se lograra hasta que aparecieran computadoras cuánticas a gran escala y con capacidad de tolerancia a fallos—es decir, aquellas que pueden seguir funcionando normalmente incluso si algunos componentes fallan o son perturbados.

Así como las computadoras tradicionales codifican información básica en bits, las computadoras cuánticas dependen de qubits. Sin embargo, hay diferencias clave entre ambos: los qubits generalmente se generan mediante la manipulación y medición de partículas como fotones, electrones o iones atrapados.

Además, a diferencia de los bits tradicionales, los qubits son especialmente sensibles a los cambios en el entorno—cualquier factor, desde calor hasta interferencia electromagnética—puede perturbar su frágil estado cuántico, causando fallos en la computadora.

El objetivo de IBM es entregar su primera supercomputadora cuántica tolerante a fallos, llamada “Starling”, en 2029, con una capacidad de procesamiento que se espera sea veinte mil veces superior a la de las computadoras cuánticas actuales.

En los próximos tres años, pueden—y seguramente habrá—muchos cambios. El último experimento de IBM es solo un comienzo.