[11/06/2025] IBM ha anunciado lo que afirma ser un avance significativo en la arquitectura de computación cuántica en la actualidad, resolviendo los obstáculos científicos para la corrección de errores. La compañía dijo que ahora está en el camino de construir la primera computadora cuántica escalable y corregida de errores del mundo para el 2029.
"IBM Quantum Starling, que se entregará en el 2029, se construirá en un nuevo centro de datos cuánticos de IBM en Poughkeepsie, Nueva York, y se espera que realice 20 mil veces más operaciones que las computadoras cuánticas actuales. Para representar el estado computacional de un Starling de IBM se requeriría la memoria de más de un quindecillón (1048) de las supercomputadoras más poderosas del mundo. Con Starling, los usuarios podrán explorar completamente la complejidad de sus estados cuánticos, que están más allá de las propiedades limitadas a las que pueden acceder las computadoras cuánticas actuales”, señaló Arvind Krishna, presidente y CEO de IBM, en el comunicado de prensa.
IBM, que ya opera una gran flota global de computadoras cuánticas, está lanzando una nueva Hoja de Ruta Cuántica que describe sus planes para construir una computadora cuántica práctica y tolerante a fallas, agregó el ejecutivo.
Krishna explicó que una computadora cuántica a gran escala y tolerante a fallas con cientos o miles de qubits lógicos podría ejecutar entre cientos de millones y miles de millones de operaciones, lo que podría acelerar la eficiencia de tiempo y costes en campos como el desarrollo de fármacos, el descubrimiento de materiales, la química y la optimización.
"Starling podrá acceder a la potencia computacional necesaria para estos problemas mediante la ejecución de 100 millones de operaciones cuánticas utilizando 200 qubits lógicos. Será la base de IBM Quantum Blue Jay, que será capaz de ejecutar 1.000 millones de operaciones cuánticas a lo largo de 2.000 qubits lógicos”, anotó el ejecutivo.
Un qubit lógico es una unidad de una computadora cuántica corregida por errores encargada de almacenar el valor de un qubit de información cuántica. Está hecho de múltiples qubits físicos que trabajan juntos para almacenar esta información y monitorearse mutuamente en busca de errores.
"Al igual que las computadoras clásicas, las computadoras cuánticas deben corregirse para ejecutar grandes cargas de trabajo sin fallas. Para ello, se utilizan clústeres de cúbits físicos para crear un número menor de cúbits lógicos con tasas de error más bajas que los cúbits físicos subyacentes. Las tasas de error de los cúbits lógicos se suprimen exponencialmente con el tamaño del clúster, lo que les permite ejecutar un mayor número de operaciones”, indicó Krishna.
El ejecutivo agregó que la creación de un número cada vez mayor de qubits lógicos capaces de ejecutar circuitos cuánticos, con el menor número posible de qubits físicos, es fundamental para la computación cuántica a escala. "Hasta el día de hoy, no se ha publicado un camino claro para construir un sistema tolerante a fallas de este tipo sin una sobrecarga de ingeniería poco realista”.
El camino hacia la tolerancia a fallas a gran escala
Krishna señaló que el éxito de la ejecución de una arquitectura eficiente y tolerante a errores depende de la elección de su código de corrección de errores y de cómo se diseña y construye el sistema para permitir que este código se amplíe.
"Los códigos de corrección de errores alternativos y anteriores presentan desafíos fundamentales de ingeniería. Para escalar, requerirían un número inviable de qubits físicos para crear suficientes qubits lógicos para realizar operaciones complejas, lo que requeriría cantidades poco prácticas de infraestructura y electrónica de control. Esto hace que sea poco probable que puedan implementarse más allá de experimentos y dispositivos a pequeña escala”.
Una computadora cuántica práctica, a gran escala y tolerante a fallas requiere una arquitectura que sea:
- Tolerante a fallas para suprimir suficientes errores para que los algoritmos útiles tengan éxito.
- Capaz de preparar y medir qubits lógicos a través de la computación.
- Capaz de aplicar instrucciones universales a estos qubits lógicos.
- Capaz de decodificar mediciones de qubits lógicos en tiempo real y puede alterar instrucciones posteriores.
- Modular para escalar a cientos o miles de qubits lógicos para ejecutar algoritmos más complejos.
- Lo suficientemente eficiente como para ejecutar algoritmos significativos con recursos físicos realistas, como energía e infraestructura.
IBM ha presentado dos nuevos documentos técnicos que detallan cómo resolverá los criterios anteriores para construir una arquitectura tolerante a fallas a gran escala.
El primer documento revela cómo un sistema de este tipo procesará instrucciones y ejecutará operaciones de manera efectiva con códigos qLDPC. Este trabajo se basa en un nuevo enfoque para la corrección de errores presentado en la portada de Nature que introdujo códigos cuánticos de verificación de paridad de baja densidad (qLDPC). Este código reduce drásticamente el número de qubits físicos necesarios para la corrección de errores y reduce la sobrecarga requerida en aproximadamente un 90%, en comparación con otros códigos principales. Además, establece los recursos necesarios para ejecutar de forma fiable programas cuánticos a gran escala con el fin de demostrar la eficiencia de una arquitectura de este tipo sobre otras.
El segundo documento describe cómo decodificar de manera eficiente la información de los qubits físicos y traza un camino para identificar y corregir errores en tiempo real con recursos informáticos convencionales.
De la hoja de ruta a la realidad
Krishna señaló que la nueva hoja de ruta cuántica de IBM describe los hitos tecnológicos clave que demostrarán y ejecutarán los criterios para la tolerancia a fallas. Cada nuevo procesador en la hoja de ruta aborda desafíos específicos para construir computadoras cuánticas que sean modulares, escalables y con corrección de errores:
- IBM Quantum Loon, previsto para el 2025, está diseñado para probar componentes de arquitectura para el código qLDPC, incluidos los "acopladores C" que conectan qubits a distancias más largas dentro del mismo chip.
- IBM Quantum Kookaburra, previsto para el 2026, será el primer procesador modular de IBM diseñado para almacenar y procesar información codificada. Combinará la memoria cuántica con operaciones lógicas, el bloque de construcción básico para escalar sistemas tolerantes a fallas más allá de un solo chip.
- IBM Quantum Cockatoo, previsto para el 2027, entrelazará dos módulos Kookaburra utilizando "acopladores en L". Esta arquitectura conectará chips cuánticos como nodos en un sistema más grande, evitando la necesidad de construir chips impracticablemente grandes.
"Juntos, estos avances se están diseñando para culminar en Starling en el 2029”, finalizó Krishna.
Franca Cavassa, CTOPerú