IBM anuncia el primer superordenador cuántico a gran escala y tolerante a fallos

La computación cuántica lleva años intentando sortear una limitación inherente a su naturaleza: los cálculos más complejos precisan muchos cúbits, su unidad básica de información, pero estos son inestables y, a mayor número, más errores. Esta barrera se ha intentado superar con mejores técnicas de corrección de fallos, pero hasta ahora eran insuficientes para garantizar la ventaja cuántica (cálculos más eficientes que con cualquier otro superordenador). Jay Gambetta, vicepresidente de IBM, asegura este martes haber hallado la fórmula con una conjunción de tecnologías y programación que permite comenzar el desarrollo del Quantum Starling, “el primer superordenador cuántico a gran escala y tolerante a fallos del mundo”.

El Quantum Starling ha comenzado a construirse el complejo de datos cuánticos de IBM en Poughkeepsie (Nueva York) y estará operativo en cuatro años. Ejecutará, según la compañía, 20.000 veces más circuitos que los ordenadores cuánticos actuales y será capaz de realizar 100 millones de operaciones utilizando 200 cúbits lógicos. El cúbit físico es el existente en un equipo (como un ión), pero es muy inestable y cualquier interferencia (ruido) anula su efímero estado. El lógico es virtual y se construye a partir de varios físicos con corrección de errores. Es el que permite almacenar y procesar la información.

Un nuevo sistema de corrección de errores, desvelado en Nature el pasado marzo, es el que ha llevado a IBM a considerar superadas las limitaciones encontradas con otros sistemas, como el habitual código de superficie. Se trata del LDPC, siglas en inglés de low density parity check o código de comprobación de paridad de baja densidad. “Este protocolo de corrección de errores cuánticos de extremo a extremo implementa memoria tolerante a fallos sobre la base de una familia de códigos de comprobación de paridad de baja densidad hasta un umbral de error del 0,7% para el modelo de ruido estándar”, defienden los investigadores.

Este modelo permite reducir la carga de cúbits físicos necesarios para desarrollar los lógicos. Según la investigación, “se pueden preservar 12 cúbits lógicos durante casi un millón de ciclos utilizando solo 288 cúbits físicos”. Otros sistemas, como el mencionado de superficie, precisaría de casi 3.000 cúbits físicos para lograr el mismo rendimiento.

De esta forma, el LDPC permite “reducir la sobrecarga necesaria para la corrección de fallos en un 90%” y abre la puerta a un sistema estable de dimensiones adecuadas para pensar en la ventaja cuántica. De hecho, IBM considera que el futuro ordenador cuántico tendrá un cuatrillón de veces más memoria que el mayor superordenador actual.

Arvind Krishna, presidente y CEO de IBM, considera que Starling “traza la próxima frontera en la computación cuántica”. “Nuestra experiencia en matemáticas, física e ingeniería está allanando el camino para una computadora cuántica a gran escala y tolerante a fallos, una que resolverá los desafíos del mundo real y desbloqueará inmensas posibilidades para los negocios”, afirma.

Starling, según la compañía, “será capaz de ejecutar algoritmos que podrían acelerar drásticamente la eficiencia en todas las industrias, incluido el desarrollo de medicamentos, el descubrimiento de materiales, la química, la optimización logística y la optimización financiera, entre otras muchas áreas”.

La corrección de errores no es la única vía para alcanzar el objetivo del Starling. También son precisos desarrollos de equipamientos que ya se ensayan en la sede de IBM. “A lo largo de los próximos cuatro años, vamos a lanzar procesadores cuánticos cada vez más grandes e interconectados y cada uno de ellos demostrará los criterios específicos establecidos en la investigación de IBM sobre cómo escalar la tolerancia a fallos. Juntos, estos avances se combinarán para convertirse en Starling”, explica la compañía.

Esta hoja de ruta incluye los siguientes hitos: IBM Quantum Loon (este año), diseñado para probar los componentes de la arquitectura para el código LDPC, incluidos los “acopladores” que conectan cúbits a distancias más largas dentro del mismo chip; Kookaburra (2026), el primer procesador modular que combinará la memoria cuántica con operaciones lógicas; y Cockatoo (2027), que entrelazará dos módulos Kookaburra y evitará la construcción de chips impracticablemente grandes.

Estos avances son la base para culminar el Starling en 2029 y este, a su vez, será el cimiento de IBM Blue Jay en 2033, cuando será capaz de ejecutar, según afirma Matthias Steffen, investigador del equipo cuántico de la compañía, “1.000 millones de operaciones cuánticas a lo largo de 2.000 qubits lógicos”, diez veces más potente que el modelo que se ha anunciado este martes.

El objetivo es lo que se considera el santo grial de la computación cuántica, a la espera de encontrar la partícula de Majorana, un planteamiento teórico sobre un supuesto elemento capaz de mantener la coherencia y que aún no ha sido identificado. Se trata de “equilibrar el control y el acoplamiento suficientes, mientras se preserva la coherencia cuántica”.

La compañía, embarcada en esta meta desde hace más de una década, cuenta con la experiencia de 80 sistemas ya desplegados y operativos (una unidad del más avanzado se construye en el País Vasco), la experiencia de 600.000 usuarios y la colaboración de 300 entidades científicas, tecnológicas e industriales de todo el mundo.

Gambetta asegura que, con los nuevos avances, “la computación cuántica tolerante a fallos y a gran escala ya no es una cuestión de ciencia, sino un desafío de ingeniería”. “Estamos seguros de que podemos construirlo: tenemos la arquitectura, tenemos el hardware [equipos], tenemos los avances científicos y, ahora, lo vemos como un camino de ingeniería", insiste el investigador.

Y concluye: “El objetivo de IBM Quantum es construir este equipamiento y trabajar con nuestros socios en los algoritmos con muchas esperanzas de que sea el futuro de la industria cuántica. Demostraremos la ventaja cuántica y, definitivamente, sucederá en los próximos años”.

En la carrera por alcanzar la ventaja cuántica efectiva, IBM no está sola y este 2025, considerado por la Unesco como el Año Internacional de la Ciencia y la Tecnología Cuánticas al cumplirse el centenario de los descubrimientos que abrieran esta puerta al mundo microscópico, se ha llenado de anuncios: Google ha presentado su chip Willow, al que la multinacional atribuye la capacidad de resolver en cinco minutos una tarea que un superordenador tardaría cuatrillones de años; Microsoft ha afirmado que ha hallado un nuevo estado de la materia con el que domar la esquiva partícula de Majorana; y un equipo de científicos de Amazon Web Services (AWS) y Caltech han presentado en Nature a Ocelot, un nuevo procesador de computación cuántica que, según la compañía, puede “reducir los costes de corrección de errores en hasta un 90%”.

Todos apelan haber alcanzado logros que anticipan una nueva era de la computación. No obstante, Fernando Brandão, coautor del trabajo sobre Ocelot, advierte: “Estamos en una búsqueda a largo plazo para construir una computadora cuántica útil para hacer cosas que incluso las mejores supercomputadoras no pueden hacer, pero ampliarlas es un gran desafío”.