En el marco de la Cumbre del G7 celebrada en Japón, IBM (NYSE: IBM) ha anunciado una iniciativa de 10 años y 100 millones de dólares con la Universidad de Tokio y la Universidad de Chicago para desarrollar un superordenador cuántico-céntrico de 100.000 qubits .
La supercomputación cuántico-céntrica es una era completamente nueva, y hasta ahora no realizada, de la computación de alto rendimiento. Un sistema de 100.000 qubits serviría de base para abordar algunos de los problemas más acuciantes del mundo que ni siquiera los superordenadores más avanzados de la actualidad podrán resolver jamás.
Por ejemplo, un sistema cuántico tan potente podría desvelar conocimientos totalmente nuevos sobre las reacciones químicas y la dinámica de los procesos moleculares. A su vez, esto podría permitir a los investigadores ayudar a estudiar el cambio climático mediante el modelado de mejores métodos para capturar carbono, descubrir materiales para construir baterías para vehículos eléctricos y redes de energía con el objetivo de ser más limpias y sostenibles, y desarrollar fertilizantes más eficaces y eficientes energéticamente.
Para dar paso a este nuevo y poderoso paradigma, se ha dado inicio a una colaboración mundial y una activación de talentos y recursos entre industrias y organismos de investigación. En colaboración con la Universidad de Chicago, la Universidad de Tokio y el amplio ecosistema mundial de IBM, IBM trabajará durante la próxima década para hacer avanzar las tecnologías subyacentes de este sistema, así como para diseñar y construir los componentes necesarios a escala.
De cara al futuro, IBM tiene la intención de ampliar estas asociaciones para incluir al Argonne National Laboratory y al Fermilab National Accelerator Laboratory, ambos miembros del Chicago Quantum Exchange y sede de dos centros cuánticos del Departamento de Energía. Es importante destacar que ambos laboratorios ofrecen capacidades y conocimientos que pueden facilitar el suministro de las tecnologías previstas en la carrera por construir un superordenador cuántico-céntrico.
Creando los cimientos de la supercomputación cuántico-céntrica
Se espera que los planes para este superordenador cuántico-céntrico incluyan innovaciones en todos los niveles del stack computacional y abarquen la convergencia de los campos de la computación y la comunicación cuánticas, así como la integración perfecta de los flujos de trabajo cuánticos y clásicos a través de la nube híbrida.
Dado que nunca antes se ha fabricado un ordenador de estas características, el primer paso consistirá en trazar un prototipo. El diseño tendrá que integrar ordenadores clásicos y cuánticos —algo difícil hasta la fecha, así como abrir nuevos caminos en la tecnología de la comunicación y la computación cuánticas.
La base de este sistema incluirá hitos que IBM ya ha esbozado en su hoja de ruta de desarrollo cuántico. Esto incluye la capacidad de escalar y conectar un número cada vez mayor de procesadores cuánticos a través de interconexiones cuánticas, así como tecnología para mitigar errores y aprovechar al máximo procesadores cuánticos con ruido pero potentes.
Para finales de 2023, IBM tiene previsto presentar tres piedras angulares de la arquitectura necesaria para superordenadores cuántico-céntricos. Uno es el nuevo procesador «IBM Heron» de 133 qubits. Dicho procesador supone un rediseño completo de las anteriores generaciones de procesadores cuánticos de IBM, con una nueva puerta de dos qubits para permitir un mayor rendimiento. También será compatible con futuras ampliaciones que permitan conectar procesadores modulares para aumentar el tamaño del ordenador.
El segundo es la introducción del IBM Quantum System Two. Este nuevo sistema insignia está diseñado para ser modular y flexible con el objetivo de introducir elementos de escalado en sus componentes subyacentes, incluida la electrónica de control clásica y la infraestructura de cableado criogénico de alta densidad. Está previsto que este sistema esté online a finales de 2023.
El tercero es la introducción de middleware para cuántica, un conjunto de herramientas para ejecutar cargas de trabajo tanto en procesadores clásicos como cuánticos. Esto incluye herramientas de descomposición, ejecución paralela y reconstrucción de cargas de trabajo para permitir soluciones eficientes a escala.
IBM tiene previsto trabajar a lo largo de la próxima década con partners universitarios y su ecosistema cuántico mundial para evolucionar la forma en que sus procesadores cuánticos pueden conectarse mediante interconexiones cuánticas. El objetivo será posibilitar operaciones cuánticas entre procesadores de alta eficiencia y fidelidad, así como una infraestructura de componentes de sistemas fiable, flexible y asequible que permita escalar hasta los 100.000 qubits.
La colaboración de IBM con la Universidad de Chicago aprovechará las fortalezas de la zona de Chicago en investigación cuántica. Esta universidad sembró el ecosistema cuántico en la región hace más de una década para convertir la tecnología cuántica en el centro de lo que hoy es la Escuela Pritzker de Ingeniería Molecular. Chicago se ha convertido en uno de los principales centros mundiales de investigación en tecnología cuántica y alberga una de las mayores redes cuánticas del país. Científicos del Chicago Quantum Exchange, con sede en la Universidad de Chicago, que incluye el Argonne National Laboratory y el Fermilab National Accelerator Laboratory, cuatro universidades, más de 40 socios industriales, así como investigadores de otras instituciones académicas de categoría mundial de la región, seguirán ampliando la comprensión y utilización de la tecnología cuántica.
En colaboración con IBM, los investigadores de la Universidad de Tokio han avanzado en temas como el análisis detallado del ruido en el interior de los procesadores cuánticos, el desarrollo de una computación eficiente para la inteligencia artificial cuántica y la simulación de la química cuántica con computación híbrida clásica-cuántica.
