"Fabricamos nuestros 'chips' cuánticos de la misma manera que fabricamos transistores. Eso es un hito"

En la carrera de la computación cuántica, hay un claro jugador que está marcando el ritmo de los avances tecnológicos, IBM, con Google y Microsoft pisándole los talones para ver quién logra primero esa prometida ‘ventaja cuántica’ de la que tanto se habla en el sector. Sin embargo, como en la fábula de la liebre y la tortuga, hay otro competidor que no está interesado en aventajar a sus rivales en rapidez y mayor número de cúbits, sino que está jugando el ‘juego largo’, aquel que le dará la victoria a largo plazo y a una mayor escala. Se trata de Intel, el líder en fabricación de semiconductores que, como sus pares de la industria tecnológica, también tiene el ojo puesto en la que será la tecnología del futuro (y no, esta vez no es la inteligencia artificial).  

No hay una sola forma de crear ordenadores cuánticos y, de hecho, existen también múltiples tipos de cúbits con los que se pueden trabajar para lograrlo. Por eso, comparar el procesador cuántico Heron de IBM de 133 cúbits superconductores con el recientemente lanzado Tunnel Falls –llamado así por una cascada en Oregón, donde Intel tiene su fábrica–, un chip de silicio de puntos cuánticos de 12 cúbits elaborado por Intel, no tiene mucho sentido. Este camino alternativo de cómo fabricar un chip es el “corazón del programa cuántico de Intel”, explica a ComputerWorld el director de Intel Quantum Hardware, James Clarke, y apunta a que, “aunque hoy en día algunas de estas otras tecnologías están por delante, creemos que la nuestra superará a las otras a gran escala”. 

¿Cuáles cree que son los principales retos de la computación cuántica en estos momentos y cómo los está abordando Intel?  

He escrito un par de artículos para IEEE Spectrum sobre qué es lo que nos impide tener un ordenador cuántico a gran escala hoy en día. Hay varios retos principales. El primero es que los cúbits no son tan buenos como deberían. El segundo es la cuestión de cómo conectar muchos tipos de cúbits. Y esto es un reto hoy en día. Estamos en unos pocos cientos de cúbits, dependiendo de la tecnología, y en algunos casos estamos en mucho menos, en unas pocas docenas de cúbits, y cómo pasar de ahí a varios miles o un millón de cúbits será muy difícil. Así que es un problema de cableado. El tercer tema es cómo controlar los cúbits. En el caso de Intel, estamos fabricando chips informáticos normales que funcionan a temperaturas muy bajas para ayudar a controlar los chips de cúbits dentro de nuestro refrigerador de dilución. Y la cuarta es que toda tecnología va a necesitar un esquema de corrección de errores, incluso con las mejoras de los cúbits. Por tanto, toda la comunidad debe desarrollar algoritmos que tengan en cuenta los errores o imperfecciones de los cúbits. Esas cuatro áreas son las que está abordando toda la comunidad cuántica.  

Ha dicho en otras entrevistas que no veremos una ventaja cuántica comercial en 10 o 15 años. Con todos los anuncios que hemos visto recientemente por parte de Intel y otras empresas como IBM y Google, ¿sigue creyendo que tardaremos tanto?   

Están ocurriendo varias cosas. Existía la esperanza de que se produjera una ventaja cuántica a corto plazo. Resulta que es poco probable que haya algoritmos que muestren una ventaja comercial a corto plazo y que necesitaremos sistemas a gran escala con corrección de errores para resolver estos problemas. Creo que estamos probablemente a 10 años de tener un sistema que sea capaz de hacer algo verdaderamente único. Ahora bien, ¿cómo definir eso? ¿Una empresa como Intel gana mucho dinero vendiendo un ordenador cuántico a otros? Pero también, ¿el comprador gana dinero por tener un ordenador cuántico? Por ejemplo, un hospital, una empresa farmacéutica o una casa de inversiones, ¿ganan dinero utilizando un ordenador cuántico? Y creo que para eso faltan probablemente unos 10 años.  

El año pasado lanzaron un chip de silicio de puntos cuánticos de 12 cúbits. ¿Qué significa este hito para el viaje cuántico de Intel, pero también para el viaje de toda la industria?   

Estamos muy orgullosos de Tunnel Falls. Se trata de un chip fabricado en nuestra fábrica de microelectrónica más avanzada de Intel, en Oregón. Se llama D1 Fab y fabricamos este chip utilizando la línea de proceso avanzada que utilizamos para fabricar nuestros mejores transistores. ¿Por qué es un hito para nosotros? La primera razón es que somos capaces de fabricar nuestros chips de cúbits de la misma manera que fabricamos transistores. Eso es un hito. La segunda es que, al utilizar nuestra fábrica avanzada, el rendimiento, la producción y la estabilidad de estos dispositivos son muy elevados. Esto nos ayuda a avanzar muy deprisa gracias a la calidad de los dispositivos, aunque sólo sean 12 puntos cuánticos.  

Además, estamos haciendo otras dos cosas. En primer lugar, tenemos una oblea de 300 milímetros y cientos de dispositivos para usar por oblea. Tenemos una docena de colaboradores académicos en todo el mundo que utilizan nuestros dispositivos. Investigan en dispositivos muy estables y aportan información que nos resulta útil, lo que contribuye a acelerar nuestro programa. En segundo lugar, tenemos un equipo de software en Intel que está trabajando para incorporar su software a nuestro sistema. Por último, lo que yo diría es que estamos probando Tunnel Falls hoy, estamos fabricando el siguiente chip en sucesión, e incluso estamos diseñando el siguiente chip. Al igual que una empresa de semiconductores como Intel tiene múltiples procesos en desarrollo, nosotros también los tenemos en nuestro programa cuántico. Así que avanzamos con rapidez.  

Tengo entendido que están tomando un camino muy diferente al de otros actores principales del sector, como IBM. ¿Qué están haciendo de forma diferente y por qué han tomado ese camino en lugar de otros?   

Este es el corazón del programa de Intel. Hay muchos tipos diferentes de cúbits. Has mencionado IBM, ellos están estudiando un cúbit superconductor en el que tienen bucles superconductores de metal en su oblea. Estos cúbits son muy grandes. Puede que te suenen los iones atrapados. Hay una empresa llamada IonQ que está estudiando sistemas que se parecen mucho a un reloj atómico, que ganó el Premio Nobel de Física en 2012. En el otro extremo están los cúbits fotónicos, en los que la información se codifica con fotones de luz, que ganaron el Premio Nobel de Física en 2022.  

En Intel, nuestro cúbit es el espín de un electrón. ¿Por qué es interesante? La forma en que hacemos nuestros dispositivos es como la forma en que hacemos nuestros transistores, ninguna otra tecnología aquí se hace de la misma manera que se hacen los transistores. Esta es la única. ¿Por qué es importante? Porque puedo hacer funcionar mis dispositivos en la fábrica D1 de Oregón, que tiene decenas de miles de millones de dólares de inversión de capital. También hay una especie de razón histórica. Como he dicho antes, vamos a necesitar miles o un millón de cúbits para poder hacer algo único. Esa cifra no debería asustarnos tanto, nuestros chips de hoy en día creemos que tendrán un billón de transistores a finales de la década. Así que la cifra de necesitar un millón de cúbits no es tan imponente. Sin embargo, tenemos que darnos cuenta de que se tardó 42 años en pasar del primer transistor en 1947 al primer chip de un millón de transistores en 1989. Hay muchas empresas que piensan que van a pasar de unos cuantos cúbits hoy a un millón en cinco años, y eso sería hacer algo que supera la Ley de Moore, lo cual es realmente difícil. Lo que estamos haciendo es aprovechar la Ley de Moore y los transistores con nuestros cúbits. Fabricamos nuestros cúbits de la misma manera que fabricamos transistores, así que esperamos cortocircuitar este aprendizaje para llegar a un gran número de cúbits. Por eso elegimos el camino del cúbit de espín y silicio, porque se parece mucho a un transistor y sabemos cómo fabricar transistores realmente buenos.  

¿Es un camino más seguro?  

Yo no lo describiría así. Los cúbits superconductores son un millón de veces más grandes que nuestros cúbits. Así que podría argumentar que seremos capaces de escalar mejor porque nuestros cúbits son pequeños. Aunque hoy en día algunas de estas otras tecnologías están por delante, creemos que la nuestra superará a las otras a gran escala. Así que no lo llamamos una apuesta segura, quizá lo llamemos la única apuesta que nos llevará al gran número necesario para hacer algo útil.  

El año pasado compartieron los chips de Tunnel Falls con universidades y centros de investigación. ¿Qué ha pasado desde entonces? Sé que recientemente han publicado dos artículos con Sandia National Laboratories...  

Sí. Creo que hay varias universidades financiadas por el Gobierno estadounidense como parte del Laboratorio de Ciencias Físicas, que tiene su sede en el campus de la Universidad de Maryland. Se trata de una agencia gubernamental que financia universidades, nosotros les proporcionamos los chips y ellos los estudian. El año pasado anunciamos algunas de ellas, por ejemplo, Wisconsin y Rochester. Ahora hay un montón de universidades que quieren esto, y aunque no voy a entrar en nombres, en EE.UU. tenemos unas cuantas y tanto en Europa como en Asia estamos empezando a conseguir colaboradores financiados por sus gobiernos. Funciona bien que Intel proporcione una muestra y a través de la investigación gubernamental se pueda producir el trabajo. Cuando pensamos en gente realmente buena en el campo de la computación cuántica de silicio, muchos de ellos vienen de Europa. Muchos de los ingenieros de Intel proceden de Alemania, Países Bajos e Italia, más incluso que de Estados Unidos.  

También presentaron en la reunión de marzo de la Sociedad Americana de Física (APS, por sus siglas en inglés) algunas de sus últimas innovaciones. ¿Cuáles son?   

Un ordenador cuántico se compone de un refrigerador de dilución, un chip cúbit, un chip de control fabricado por Intel que se encuentra a 4 grados por encima del cero absoluto y una serie de componentes electrónicos a temperatura ambiente. Al mismo tiempo, hemos hecho bastantes presentaciones sobre el kit de desarrollo de software (SDK) de Intel Quantum, que hoy es una simulación de todo este ordenador cuántico y en el que estamos trabajando internamente para conectar nuestro chip cuántico Tunnel Falls al chip de software. Creo que dimos más o menos una docena de charlas en la conferencia de la APS y abarcaron toda la pila: tuvimos chips cúbit, tuvimos presentaciones de control y tuvimos presentaciones de software y algoritmos. Así que hicimos presentaciones sobre todo el dispositivo. Ahora, más específicamente, lanzamos nuestra segunda revisión de nuestro SDK Quantum. Y mostramos un montón de nuevas cifras de rendimiento de nuestro chip Tunnel Falls, y cuando hacemos eso, no mostramos un sólo dispositivo, sino que mostramos muchos. En el aspecto experimental, hemos tomado y publicado muchos datos, y eso no es algo que veamos a menudo en el campo cuántico, estas mediciones llevan mucho tiempo y son caras de hacer. En Intel hemos encontrado formas de obtener muchos datos muy rápidamente y eso también nos ayudará a acelerar.  

Has mencionado algunas innovaciones en torno al SDK. ¿Cómo trabajan con la parte de software de Intel Quantum?   

Básicamente, fijamos nuestros objetivos en conjunto. Los tipos de problemas a los que me enfrento tienden a ser problemas de materiales, problemas de fabricación, y la Dra. Anne Matssura [directora de Quantum Software en Intel] está desarrollando nuevas formas de ejecutar su compilador, pero lo que hacemos es establecer nuestros objetivos en conjunto. ¿Qué aspecto debe tener la parte inferior de la pila para fusionarse con la superior? Es bastante único lo que estamos haciendo aquí. Lo que podemos hacer es colaborar con nuestro equipo de control y ellos nos dicen "así es como podemos controlar" y nosotros decimos "bien, así es como podemos hacer nuestro chip" y luego tenemos nuestro software y algoritmos y ellos dicen "esto es lo que nos gustaría hacer para un compilador" y nosotros podríamos decir "eso no funciona con nuestro hardware, ¿qué podemos hacer para cambiarlo?" y luego optimizamos arriba y abajo de la pila. Así que la relación ha llegado a ser muy buena y así ha sido desde el principio.  

“Europa está llena de excelentes investigadores en el espacio cuántico, quizá más que cualquier otra parte del mundo"

¿Cuáles son los futuros hitos de Intel en su hoja de ruta cuántica?  

No hemos publicado una hoja de ruta como otros externamente. Y parte de la razón es que he visto relativamente pocas hojas de ruta que se hayan mantenido constantes a lo largo del tiempo, las hojas de ruta tienden a cambiar. Hasta ahora hemos mantenido nuestra hoja de ruta en cierto modo interna. Pero hoy estamos probando Tunnel Falls, estamos haciendo nuestra próxima versión y estamos diseñando la próxima versión después de eso. Esto ocurre casi con una cadencia anual, y a medida que los probamos, publicamos los resultados. Con ello no sólo intentamos demostrar que los cúbits individuales mejoran, sino que podemos integrar toda la pila.  

Por último, ¿cómo evalúa todos los esfuerzos públicos en cuántica que estamos viendo en todo el mundo?   

Formo parte del Consejo Asesor de la Iniciativa Cuántica Nacional de la actual administración de la Casa Blanca, y en Estados Unidos acabamos de reautorizar la Ley de Iniciativa Cuántica. Creo que hay algunas cosas que hay que tener en cuenta, como la cuestión de a quién financia el Gobierno. Históricamente han financiado la investigación universitaria. En ese contexto, si cada profesor recibe un poco de dinero, probablemente no se obtendrán grandes resultados. Dicho esto, con el dinero que sale hoy en día, sólo somos capaces de estudiar pequeños chips. Se necesita que los gobiernos empiecen a trabajar en sistemas más grandes. Y esto significa asociaciones entre el Gobierno, el mundo académico y la industria, y no las he visto tanto como esperaba. Es algo que podemos seguir estudiando. Me gustaría ver más asociaciones entre la industria, el mundo académico y el Gobierno. Europa está llena de excelentes investigadores en el espacio cuántico, quizá más que cualquier otra parte del mundo, e Intel es una empresa europea. Así que intentamos aunar estos compromisos y estamos empezando a avanzar en este sentido, pero sin duda es un trabajo en curso.