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Computación cuántica: IBM conecta sistemas criogénicos para avanzar hacia máquinas tolerantes a fallos.
La nueva arquitectura criogénica de IBM está diseñada para conectar cientos de chips cuánticos y representa un avance hacia la computación cuántica tolerante a fallos.
IBM logró conectar y enfriar con éxito dos módulos criogénicos en un único entorno, un avance de ingeniería orientado a la próxima generación de computadoras cuánticas.
La nueva arquitectura está diseñada para evolucionar hacia un sistema modular, compartido y ultrafrío capaz de conectar cientos de chips cuánticos en una computadora cuántica de mayor potencia, preparada para resolver problemas de gran escala.
El desarrollo representa un nuevo hito en el roadmap de computación cuántica de IBM hacia IBM Quantum Starling, cuyo lanzamiento está previsto para 2029 y que la compañía espera convertir en la primera computadora cuántica tolerante a fallos del mundo. El sistema integrará avances en corrección de errores, diseño de procesadores, decodificación e ingeniería de sistemas.
Sistemas criogénicos para escalar la computación cuántica
Los dos primeros módulos operativos miden en conjunto más de 2,4 metros de alto y 2,4 metros de ancho. Las pruebas iniciales demostraron que pueden enfriarse de manera conjunta hasta alcanzar los 4 kelvin —la temperatura del helio líquido— en menos de cinco días y posteriormente llegar a una temperatura final inferior a 15 milikelvin.
Esta temperatura es más de 180 veces inferior a la del espacio profundo y resulta necesaria para mantener las condiciones de operación de los procesadores cuánticos superconductores.
La cámara de vacío de cada módulo ofrece hasta 12 veces más espacio para cableado que los sistemas cuánticos de IBM utilizados actualmente. Este espacio adicional permite aumentar el número de conexiones entre chips, tanto dentro de cada módulo como entre diferentes módulos.
La capacidad de ampliar las conexiones es un elemento fundamental para avanzar hacia computadoras cuánticas escalables, ya que el aumento del número de qubits requiere también una infraestructura capaz de mantener y gestionar las conexiones entre los distintos procesadores.
L-couplers: conectar diferentes chips cuánticos
El nuevo diseño en forma de caja desarrollado por IBM permite conectar los módulos en una misma fila y aprovechar el espacio adicional para enlazar directamente los procesadores cuánticos mediante la tecnología L-coupler de IBM.
Los L-couplers permiten conectar distintos chips cuánticos para compartir información, comunicarse y operar como parte de una computadora cuántica de mayor tamaño.
Esta arquitectura aborda uno de los desafíos centrales de la evolución de la computación cuántica: pasar de procesadores individuales a sistemas capaces de integrar un número mucho mayor de qubits manteniendo las condiciones necesarias para realizar cálculos cuánticos.
Para 2027, el roadmap cuántico de IBM prevé utilizar los L-couplers para conectar múltiples procesadores en una computadora cuántica con al menos 1.000 qubits programables, es decir, qubits que pueden utilizarse directamente para realizar cálculos.
Como parte de este objetivo, IBM instalará procesadores IBM Quantum Nighthawk en estos módulos criogénicos durante este año para ampliar las pruebas de rendimiento operativo.
Cuando IBM Quantum Starling esté disponible, IBM prevé que cada módulo criogénico pueda albergar miles de qubits.
El reto de construir una computadora cuántica tolerante a fallos
El aumento del número de qubits es solo uno de los componentes necesarios para desarrollar una computadora cuántica tolerante a fallos.
Los planes para IBM Quantum Starling fueron presentados el año pasado junto con un nuevo código de corrección de errores diseñado para reducir significativamente los recursos físicos necesarios para alcanzar la tolerancia a fallos.
Desde entonces, IBM ha mantenido el avance previsto en su roadmap cuántico, incluyendo demostraciones de componentes fundamentales de hardware y progresos en decodificación eficiente para la corrección de errores.
La corrección de errores cuánticos es especialmente relevante porque los qubits son sensibles a las perturbaciones del entorno. Para que una computadora cuántica pueda ejecutar cálculos complejos de manera fiable, el sistema debe ser capaz de detectar y corregir errores sin destruir la información cuántica que está procesando.
“Llevar las computadoras cuánticas tolerantes a fallos a las industrias depende de varios avances fundamentales”, afirmó Jay Gambetta, Director de IBM Research y IBM Fellow. “La conexión y operación exitosa de estos módulos criogénicos representa un avance significativo en esa dirección y acelerará nuestro progreso junto con la innovación continua en hardware, software y algoritmos cuánticos”.
Una arquitectura modular para acelerar la innovación cuántica
IBM anticipa que sus módulos criogénicos escalables ayudarán a acelerar la innovación en computación cuántica.
Tres componentes esenciales del entorno de IBM Quantum System Two ya forman parte de la nueva arquitectura. Esto permite que cada elemento pueda probarse, mejorarse y perfeccionarse de manera independiente, reduciendo el impacto que los cambios en un componente pueden tener sobre el conjunto del sistema.
La modularidad adquiere especial importancia a medida que aumenta la complejidad de las computadoras cuánticas. En lugar de depender de un único sistema de gran tamaño, la arquitectura permite desarrollar y validar componentes que posteriormente pueden integrarse en sistemas más grandes.
El objetivo final es crear la infraestructura necesaria para conectar un número creciente de procesadores y qubits sin que la complejidad del sistema limite su capacidad de escalar.
IBM mantiene su roadmap hacia 2029
La conexión y enfriamiento conjunto de los primeros módulos criogénicos supone un nuevo avance en la hoja de ruta de IBM hacia la computación cuántica tolerante a fallos.
El desafío no consiste únicamente en desarrollar procesadores con más qubits. También requiere resolver problemas de criogenia, interconexión, corrección de errores, decodificación, software y arquitectura de sistemas.
La nueva infraestructura criogénica aborda una de esas piezas: crear un entorno escalable capaz de alojar y conectar un número creciente de procesadores cuánticos.
Con la previsión de alcanzar al menos 1.000 qubits programables en 2027 y avanzar posteriormente hacia sistemas con miles de qubits por módulo, IBM continúa desarrollando los componentes de hardware necesarios para alcanzar su objetivo de entregar IBM Quantum Starling en 2029.
La evolución de la computación cuántica dependerá, en última instancia, de que estos diferentes avances puedan funcionar como un único sistema. El desarrollo de una infraestructura criogénica modular representa otro paso en esa dirección.
