Para qué servirá el primer refrigerador cuántico desarrollado por IBM

La empresa estadounidense IBM ha presentado el primer refrigerador cuántico modular capaz de crear un entorno refrigerado único para operar cientos de chips cuánticos. Este avance representa un hito en el objetivo de la compañía de construir una computadora cuántica de gran escala y tolerante a fallos para 2029.

El desarrollo de computadoras cuánticas ha sido señalado como el próximo gran salto en el procesamiento de información. A diferencia de los ordenadores tradicionales, que emplean bits binarios limitados a los valores de cero o uno, los sistemas cuánticos utilizan qubits, capaces de almacenar múltiples valores entre cero y uno y realizar cálculos en paralelo. Esto, según el anuncio de la compañía permite ejecutar operaciones a una velocidad muy superior a la de los superordenadores más rápidos de la actualidad.

Para funcionar, los qubits requieren temperaturas extremadamente bajas, cercanas al cero absoluto. Lograr estas condiciones ha implicado diseñar sistemas de refrigeración sofisticados, conocidos como refrigeradores de dilución, que mantienen los chips en cámaras con temperaturas ultrabajas. Sin embargo, la complejidad de estos sistemas y la arquitectura necesaria para integrar la refrigeración y el procesamiento ha dificultado la expansión de los ordenadores cuánticos a una escala mayor.

El diseño modular de IBM

En respuesta a estos desafíos, IBM ha realizado un cambio de diseño en sus sistemas criogénicos, optando por una estructura rectangular. Esta modificación busca facilitar la integración densa del cableado de lectura y control, además de simplificar la conexión entre módulos adyacentes, liberando espacio para procesadores cuánticos adicionales.

El nuevo formato permite separar los componentes y subsistemas, de modo que puedan optimizarse de manera independiente a medida que aumenten tanto la densidad del cableado como la de los dispositivos cuánticos.

Durante una demostración reciente, IBM acopló dos módulos operativos de su nuevo sistema de refrigeración cuántica y mostró cómo lograban enfriar hasta 4 Kelvin (−269,15 ℃) en menos de cinco días y alcanzar temperaturas inferiores a los 15 miliKelvin (−273,135 ℃) poco después. Se trata de temperaturas aproximadamente 180 veces más frías que el espacio profundo.

El nuevo refrigerador cuántico proporciona además 12 veces más espacio para cableado que las versiones anteriores de IBM, lo que facilita las conexiones entre chips tanto dentro como fuera de los módulos. Este avance técnico representa un paso decisivo hacia la creación de sistemas con mayor cantidad de qubits interconectados.

Tecnología de IBM para conectar procesadores cuánticos

Los módulos presentados superan los 2,4 metros de altura y los 2,4 metros de ancho. Incorporan la tecnología L-coupler de IBM, diseñada para conectar directamente los procesadores cuánticos entre sí. Gracias a este mecanismo, varios chips cuánticos pueden comunicarse, intercambiar información y operar en conjunto como parte de un sistema cuántico más grande.

La L-coupler es un componente fundamental en la hoja de ruta de IBM para construir una computadora cuántica con al menos 1.000 qubits programables en 2027. Para cumplir esta meta, IBM planea instalar sus procesadores cuánticos NightHawk en los nuevos módulos criogénicos antes de que termine el año y comenzar las pruebas operativas.

De cara a 2029, la empresa pretende albergar miles de qubits en cada uno de estos módulos, con el objetivo de desarrollar una computadora cuántica tolerante a fallos que pueda aplicarse en diversos sectores industriales.

“Lograr computadoras cuánticas tolerantes a fallos para su aplicación en la industria depende de varios avances fundamentales”, dijo el director de investigación de IBM, Jay Gambetta, en un comunicado compartido con Interesting Engineering. Añadió que el éxito en la conexión y operación de los módulos criogénicos marca un salto importante en ese camino y acelerará el progreso en paralelo a la innovación continua en hardware, software y algoritmos cuánticos.

Además del avance en hardware, IBM ha desarrollado un nuevo código de corrección de errores que, según el comunicado citado, disminuye los recursos físicos necesarios para alcanzar la tolerancia a fallos en los sistemas cuánticos.