IBM avanza en su hoja de ruta cuántica a medida que aumenta la rivalidad entre competidores

IBM alcanzó en marzo un hito en el campo de la supercomputación con el despliegue en Estados Unidos de un ordenador cuántico in situ, gestionado por la compañía y perteneciente al sector privado. El IBM Quantum System One, instalado en la Cleveland Clinic, es el primer ordenador cuántico del mundo dedicado específicamente a la investigación sanitaria con el objetivo de ayudar a la citada institución a acelerar los descubrimientos biomédicos. El anuncio no ha sorprendido a Scott Buchholz, responsable mundial de Informática Cuántica en Deloitte. “"IBM es líder en la carrera por construir ordenadores cuánticos útiles y escalables", afirma. "Sus equipos de investigación han estado trabajando para construir el ecosistema de software, hardware y proveedores necesario para apoyar el desarrollo a largo plazo de estas importantes tecnologías".

Buchholz, como la mayoría de los seguidores del incipiente mercado de los ordenadores cuánticos, está a la vez satisfecho y asombrado por el rápido progreso del campo. "Resulta que manipular átomos individuales para que hagan un trabajo útil a temperaturas más frías que las del espacio exterior es una tarea increíblemente compleja y, sin embargo, estamos avanzando colectivamente", defiende. "Al mismo tiempo, estamos comparando los ordenadores cuánticos actuales con el resultado de más de seis décadas de las mentes más inteligentes del mundo trabajando en los ordenadores clásicos actuales, así que el listón de la utilidad está muy, muy alto".

Acceso en la nube a los ordenadores cuánticos                     

Desde 2016, cuando IBM puso en línea el primer ordenador cuántico para que cualquiera pudiera utilizarlo, la compañía ha establecido un ecosistema de más de 450.000 usuarios con acceso a más de una veintena de dispositivos cuánticos a través de la nube, asegura Oliver Dial, CTO de IBM Quantum. Cuatro años después, IBM publicó su hoja de ruta de desarrollo cuántico en la que se esbozaba cómo los ingenieros y desarrolladores de la empresa harían avanzar el campo cuántico tanto en hardware como en software. "El equipo sigue cumpliendo los objetivos fijados”, avanza Dial.

Para muchos observadores, los avances de IBM parecen producirse a saltos cuánticos. El pasado noviembre, IBM Quantum desplegó un procesador de 433 cúbits. (En términos de almacenamiento de información, un qubit desempeña un papel similar al de un bit, pero se comporta de forma muy distinta debido a las propiedades cuánticas en las que se basa). "A finales de este año presentaremos el procesador Heron, nuestro primer procesador modular", afirma Dial. "El enfoque modular permitirá un rápido escalado, con el objetivo de superar los 4.000 cúbits en 2025", predice.

Las organizaciones que participan en la IBM Quantum Network, que abarcan una amplia gama de industrias, están trabajando en estudios de casos en múltiples áreas, incluyendo la salud, la automoción, la química, las finanzas o el aprendizaje automático, entre otras. Hasta la fecha, IBM ha instalado sistemas IBM Quantum System One en Alemania, Japón y Estados Unidos.

100 cúbits en el horizonte

En los próximos dos años, IBM prevé lanzar un sistema cuántico capaz de 100 qubits y 100 compuertas. "Eso debería bastar para empezar a hacer demostraciones de ventajas limitadas sobre las máquinas clásicas existentes", afirma Buchholz. A medida que avance la tecnología, espera que IBM ofrezca modelos mejorados con capacidad para abordar problemas cada vez más complejos con conjuntos de datos más grandes. "En última instancia, prevemos que los ordenadores cuánticos abran nuevas oportunidades difíciles de prever hoy en día, del mismo modo que era difícil prever la Internet actual a principios de los noventa".

Sin embargo, la computación cuántica también tiene su lado negativo, concretamente la capacidad de completar la factorización de grandes números mediante el algoritmo de Shor, que podría utilizarse para romper los actuales esquemas criptográficos de clave pública ampliamente utilizados. "Cuando la computación cuántica esté disponible a gran escala, las actuales tecnologías de cifrado serán vulnerables", afirma Doug Saylors, socio de la empresa de investigación y asesoramiento tecnológico ISG. Advierte que esta vulnerabilidad abrirá la posibilidad de que se produzcan brechas a gran escala en las plataformas que utilizan el cifrado TLS, como los sitios web que gestionan transacciones financieras en línea y los sistemas que almacenan datos sanitarios personales.

IBM está abordando este problema apostando por su capacidad para realizar avances significativos en tecnología, servicios y seguridad de computación cuántica a través de su programa IBM Quantum Safe. Más de 100 instituciones académicas y de investigación y más de 100 grandes empresas mundiales participan en IBM Quantum Safe, aportando casos de uso y colaborando con la empresa para comprender la importancia de la cuántica en sus respectivos ámbitos, afirma Saylors.

En este sentido Saylors señala que IBM ha creado un gran equipo de recursos internos y externos centrados en la "criptoagilidad", la vertiente de ciberseguridad de la cuántica. "Como participante en el programa de criptografía del NIST, centrado en la construcción de algoritmos que proporcionen algún tipo de resistencia contra un ataque de computación cuántica, IBM fue reconocida como líder en este espacio". Dial afirma que la misión de IBM es hacer que el mundo sea seguro desde el punto de vista cuántico. "El año pasado, el NIST publicó los cuatro primeros algoritmos para proteger los datos de los hackers cuánticos, e IBM trabajó en tres de ellos", afirma. "Estamos trabajando con empresas y agencias gubernamentales de todo el mundo para implantar un nuevo cifrado de datos a prueba de cuántica".

Clientes potenciales de la informática cuántica

Clientes de múltiples campos están explorando el potencial de la computación cuántica, desde administraciones públicas a servicios financieros, pasando por la industria farmacéutica, química, manufacturera o logística. "Debido a su amplia aplicabilidad, a medida que la tecnología sea cada vez más capaz, organizaciones de todo tipo empezarán a utilizar los ordenadores cuánticos para resolver problemas", comenta Buchholz. "Del mismo modo que las GPU empezaron como una forma de acelerar los juegos de ordenador y se han convertido en fundamentales para el aprendizaje automático, es de esperar que los ordenadores cuánticos empiecen en espacios conocidos y se vuelvan más útiles y omnipresentes con el tiempo".

Sin embargo, antes de que la computación cuántica se convierta en una tecnología de uso generalizado, debe superar algunos obstáculos operativos importantes, sobre todo las interacciones no intencionadas entre los cúbits y el entorno, lo que comúnmente se conoce como ruido. La capacidad de un cúbit para mantener un estado de superposición puede fallar a causa del ruido, lo que reduce considerablemente su rendimiento.

Dial declara que la misión de IBM es llevar la informática cuántica útil al mundo. "El objetivo [es] ofrecer aplicaciones con una ventaja cuántica: cuando una tarea computacional de relevancia empresarial o científica puede realizarse de forma más eficiente, rentable o precisa utilizando un ordenador cuántico que con cálculos clásicos únicamente". Añade que los avances están conduciendo a un punto de inflexión en el que los ordenadores cuánticos podrán superar significativamente a los clásicos en problemas de valor real. "En otras palabras, computación cuántica útil".

En general, se considera que los ordenadores cuánticos son mejores para resolver problemas muy complejos en conjuntos de datos pequeños. "Cosas como el modelado molecular pueden completarse en una fracción del tiempo que se tarda con las plataformas de computación estándar y de alto rendimiento (HPC) actuales", afirma Saylors. La cuántica permitirá acelerar investigaciones complejas a una escala nunca vista. "De hecho, si se utiliza en combinación con la informática estándar y la HPC, podría reducir en años el tiempo de comercialización de productos en sectores específicos", señala.

Para ofrecer una computación cuántica útil será necesario, al menos de momento, combinar la tecnología cuántica con la supercomputación clásica de alto rendimiento en el mismo sistema. "A esto lo llamamos 'supercomputación cuántico-céntrica'", dice Dial. "La idea es que cualquiera que intente resolver un problema complejo pueda utilizar la tecnología cuántica sin conocer los detalles de la física cuántica, igual que hoy puede utilizar los recursos clásicos sin conocer las especificaciones de la CPU o GPU que utiliza".

Los pioneros se harán con una ventaja competitiva

Las organizaciones de la Red Cuántica de IBM ya están llevando a cabo investigaciones y estudios de casos que se aplican a sus sectores concretos. En uno de estos estudios, Dial señala que IBM y la empresa de materiales y litografía de semiconductores JSR utilizaron un ordenador cuántico para simular un proceso químico clave en la fabricación de semiconductores. "Esta investigación es un primer ejemplo de las implicaciones para la industria mundial de semiconductores de la aplicación de la computación cuántica a la resolución de un arduo problema de ingeniería química", explica.

Además del hardware cuántico, Dial ha avanzado que los desarrolladores de IBM también están trabajando en software inteligente para distribuir eficazmente las cargas de trabajo entre sistemas cuánticos y clásicos. Los desarrolladores se basan en el trabajo ya realizado por IBM en la creación de Qiskit Runtime, el servicio de computación cuántica en contenedores y modelo de programación de la empresa. Saylors cree que los casos de uso más prometedores estarán en las ciencias de la vida y en la industria aeroespacial y de defensa, ya que abordan los complejos problemas a los que se enfrentan estos sectores. "Sin embargo, ya estamos viendo el desarrollo de productos comerciales y la capacidad de avanzar en la protección de la ciberseguridad en los servicios financieros y la energía", añade.

¿Qué es lo próximo de IBM?

El plan de juego de IBM incluye un mayor avance de los ordenadores cuánticos mediante el aumento de la capacidad de los cúbits y la mejora del alcance, lo que aumenta la precisión, afirma Saylors. "A largo plazo, IBM se convertirá en líder en este campo y establecerá un dominio similar al de las plataformas mainframe de IBM cuando empezaron a estar disponibles", predice.

Dial afirma que IBM tiene el objetivo de suministrar un sistema de más de 4.000 cúbtis en 2025. "Pero no lo haremos con un único procesador gigante", afirma. "Es una combinación de diferentes chips conectados mediante tecnología clásica, así como acoplamiento cuántico de corto y largo alcance". Está previsto que el Quantum System Two de IBM, que la empresa anunció el pasado diciembre, se comercialice antes de finales de este año. El sistema admite múltiples procesadores, así como la posibilidad de interconectar sistemas. "Esto dará a nuestros clientes la flexibilidad necesaria para elegir la combinación de procesadores y sistemas que mejor les convenga", afirma Dial. "Esta arquitectura modular marcará el comienzo de una nueva era de escalado y proporcionará una vía hacia sistemas con 100.000 cúbits y más".

Anticiparse a las posibles aplicaciones cuánticas

Buchholz cree que es importante recordar que los ordenadores cuánticos representan una tecnología totalmente nueva, no simples versiones avanzadas de los sistemas convencionales. "Puede ser necesario uno o dos años de reciclaje para poder utilizar un ordenador cuántico con eficacia, por lo que las organizaciones deben planificarlo con antelación", afirma.

Los responsables de TI deberían empezar a plantearse cómo encajar la informática cuántica en sus planes de futuro, aconseja Buchholz. Dado el potencial de la tecnología y su gran notoriedad, sería miope no evaluar las posibles aplicaciones para ir un paso por delante de competidores y colegas internos. "Lo sepa o no, hay gente en su organización explorando hoy los ordenadores cuánticos por su cuenta".