¿Qué es la computación cuántica?

La computación cuántica es una tecnología emergente de rápida expansión que utiliza las leyes de la mecánica cuántica para resolver problemas demasiado complejos para los sistemas clásicos. 

Hoy, IBM Quantum hace realidad el hardware cuántico, una herramienta que los científicos solo comenzaron a imaginar hace tres décadas, disponible para cientos de miles de desarrolladores. Nuestros ingenieros suministran periódicamente procesadores cuánticos superconductores cada vez más potentes, junto con avances cruciales en orquestación de sistemas cuánticos clásicos y software. Este trabajo permite incrementar la capacidad y la velocidad de la computación cuántica necesarias para cambiar el mundo. 

Estas máquinas son muy diferentes de los sistemas clásicos que existen desde hace más de medio siglo. A continuación, ofrecemos una presentación sobre esta tecnología transformadora.

¿Cómo funcionan los sistemas cuánticos?

Los sistemas cuánticos son máquinas elegantes, más pequeñas y que requieren menos energía que los superordenadores. Un procesador IBM Quantum es una oblea no mucho más grande que la que se encuentra en un portátil. Y un sistema de hardware cuántico es del tamaño de un automóvil, compuesto en su mayoría por sistemas de refrigeración para mantener el procesador superconductor a una temperatura operativa ultrafría.

Un procesador clásico utiliza bits para realizar sus operaciones. Un sistema cuántico utiliza qubits (CUE-bits) para ejecutar algoritmos cuánticos multidimensionales.

Superfluidos
Probablemente su ordenador de escritorio utiliza un ventilador para la refrigeración. Nuestros procesadores cuánticos tienen que estar muy fríos, alrededor de una centésima de un grado por encima del cero absoluto. Para lograrlo, utilizamos superfluidos muy fríos para crear superconductores.

Superconductores
A estas temperaturas ultrabajas, ciertos materiales de nuestros procesadores presentan otro efecto cuántico importante: los electrones se mueven a través de ellos sin resistencia. Esto los convierte en «superconductores». 

Cuando los electrones pasan por los superconductores con los que se acoplan, formando «pares de Cooper». Estos pares pueden transportar una carga a través de barreras o aisladores, mediante un proceso conocido como tunelización cuántica. Dos superconductores colocados a cada lado de un aislador forman una unión de Josephson

Control
Nuestros sistemas cuánticos utilizan uniones de Josephson como qubits superconductores. Disparando fotones de microondas a estos qubits, podemos controlar su comportamiento y lograr que retengan, cambien y lean unidades individuales de información cuántica.

Superposición
Un qubit en sí mismo no es muy útil, pero puede realizar un truco importante: colocar la información cuántica que retiene en un estado de superposición, que representa una combinación de todas las configuraciones posibles del qubit. Los grupos de qubits en superposición pueden crear espacios computacionales complejos y multidimensionales. Los problemas complejos se pueden representar de nuevo maneras en estos espacios.

Entrelazamiento
El entrelazamiento es un efecto mecánico cuántico que correlaciona el comportamiento de dos cosas separadas. Cuando dos qubits se entrelazan, los cambios en un qubit afectan directamente al otro. Los algoritmos cuánticos optimizan estas relaciones para encontrar soluciones a problemas complejos

Utilidad de los sistemas cuánticos

IBM Quantum es líder en la creación de hardware cuántico. Nuestra hoja de ruta es un plan claro y detallado para escalar los procesadores cuánticos, superar el problema de escalabilidad y crear el hardware necesario para obtener ventaja cuántica.

Pero esta ventaja no se logrará solo con el hardware. IBM también ha dedicado años al avance del software que será necesario a la hora de utilizar sistemas cuánticos. Desarrollamos el SDK cuántico Qiskit, que es de código abierto, basado en python y, con diferencia, el SDK cuántico más utilizado del mundo. También desarrollamos Qiskit Runtime, el modelo de programación cuántica más potente del mundo (más información sobre Qiskit y Qiskit Runtime y cómo empezar en la siguiente sección).

Lograr ventaja cuántica requerirá nuevos métodos para suprimir errores, aumentar la velocidad y orquestar los recursos clásicos y cuánticos. Los cimientos de este trabajo se están sentando hoy en Qiskit Runtime.

Fuente: IBM