Ya existe el primer ordenador cuántico para uso comercial: el IBM Q System One

Hace justo un año, en AIP Barcelona os introducíamos el concepto de computación cuántica. Hoy recuperamos el tema para contaros los avances más recientes en este campo: la multinacional estadounidense IBM ha presentado en la fería de tecnología de consumo CES Las Vegas el primer ordenador cuántico comercial: el IBM Q System One.

En estos últimos años algunas grandes empresas de tecnología como lo son IBM, Microsoft o Google han estado trabajando en silencio para investigar y desarrollar el campo de la computación cuántica.

Para entender el concepto de computación cuántica, una de las primeras cosas que debemos olvidar es el funcionamiento de los ordenadores actuales. La computación cuántica deja a un lado los sistemas lógicos empleados por los sistemas informáticos actuales y utiliza el modelo de los estados del átomo para realizar sus procesos.

¿De dónde viene la computación cuántica?

Para situarnos en los inicios de la computación cuántica debemos recapitular el tiempo y situarnos a principios del siglo XX. Entonces, personalidades como Einstein y Planck teorizaron que la luz no es una onda continua sino que está dividida en paquetes o cuantos.

Los ordenadores convencionales funcionan procesando la información en lenguaje binario, utilizando dos estados para los datos: 0 ó 1. Todo lo que realiza un ordenador de hoy en día está basado en series de esta combinación de 0 y 1. Estos dos dígitos se combinan para almacenar información o procesarla. En cambio, si hablamos de informática cuántica, tenemos que introducir el concepto de átomo, y con los átomos, también viene incluida la cualidad de la superposición. Estos son sistemas que marcan los ceros y unos en diferentes estados cuánticos. Además, también es necesario saber que los ordenadores cuánticos utilizan qubits o bits cuánticoscomo unidad mínima, que son electrones que giran entorno al núcleo de un átomo y que también giran sobre su propio eje. Los Qubits pueden girar en un sentido, también giran en el sentido contrario, y en ambos sentidos al mismo tiempo. Esta propiedad es la superposición cuántica, la cual hemos nombrado anteriormente.

La superposición del átomo consiste en que un átomo puede adoptar un estado de 0 y de 1, pero además, puede adoptar ambos estados al mismo tiempo. Es por eso que puede ser a la vez cero y uno. Por lo tanto, cuando hablamos de ordenadores cuánticos, estamos refiriéndonos a ordenadores capaces de probar, al mismo tiempo, todas las posibilidades que existen para la solución concreta de un problema, en lugar de probar todas las posibilidades una tras otra como se realizan actualmente.

Por cada 8 bits solo se obtiene 1 operación, en cambio, por 8 Qubits se obtienen 256 operaciones

Este cambio de paradigma supone un avance increíble en el mundo de la computación. Los ordenadores cuánticos realizan con facilidad tareas que hoy son muy difíciles para nuestros ordenadores comunes. Por ejemplo, calcular los factores de números gigantes de forma fácil. Esto es realmente complicado para los ordenadores tradicionales. Otro gran avance es el de simular los propios estados cuánticos de la materia. Esto permitirá en un futuro estudiar las interacciones entre átomos o moléculas. Esto ayuda a la innovación y evolución en la investigación de nuevos medicamentos, materiales y componentes físicos.

En un procesador cuántico no se utilizan ni monitores, ni discos duros, ni ningún tipo de hardware tal y como lo conocemos en el ámbito de la informática actual.

Todo sucede en la unidad de procesamiento que debe permanecer en unas condiciones de absoluto aislamiento ya que los estados cuánticos del átomo son extremadamente frágiles y la superposición de los estados que se produce durante el proceso de cálculo, puede verse alterado.

Novedades en el campo de la computación cuántica: Q System One de IBM

En la última publicación también os hablamos del CES 2019 Las Vegas. Pues esta feria ha sido el escenario que ha acogido este año la novedad de la que os queremos hablar. Se ha presentado el primer ordenador cuántico de uso comercial del mundo y este ha sido el Q System One de IBM. Por primera vez la tecnología cuántica ha salido de los laboratorios. Aunque este ordenador no estará al alcance de cualquiera, ni tampoco encima de nuestros escritorios, por el momento. Esta nueva propuesta consiste en un sistema que combina tanto computación cuántica como computación “tradicional”. Este ordenador presenta un sistema de 20 qubits que sirve para investigaciones y grandes cálculos. Según sus creadores, podemos considerarlo el primer ordenador cuántico capaz de funcionar fuera de un laboratori de investigación.

“El sistema integra la computación cuántica y la «tradicional»: no se trata de un ordenador «al uso», sino un cubo de cristal cerrado de forma hermética con un ancho de casi tres metros que, además, tiene que estar en unas condiciones de temperatura determinadas -273 grados centígrados o cero absoluto- para evitar interferencias externas y que el equipo sea estable. Por ello, el ordenador cuántico solo operará desde el IBM Q Quantum Computation Center, un centro que se inaugurará a finales de 2019 en Nueva York. Así que no será posible que cualquiera tenga un ordenador cuántico en su casa.”«Este nuevo sistema es fundamental para expandir la computación cuántica más allá de las paredes del laboratorio de investigación mientras trabajamos para desarrollar aplicaciones cuánticas prácticas para empresas y ciencia», señala Arvind Krishna, vicepresidente senior de Hybrid Cloud y director de IBM Research (abc, 2019).

Un ordenador en forma de cubo de cristal

Quizás en vuestra menta os hayáis imaginado un ordenador convencional. Pero no. Cuando hablamos de ordenadores cuánticos hablamos en otras dimensiones. Estamos hablando de un ordenador que necesita un espacio importante. Es un cubo de cristal sellado en el que opera el ordenador de forma hermética. Tiene una puerta a través de la cual se puede acceder a su interior (9 pies de ancho y 2,7 metros aproximadamente). Estos ordenadores funcionan en ambientes aislados. Requieren de bajas temperaturas, hablamos de -273 grados.

Con esta propuesta de IBM se ha conseguido aislar el ordenador para que funcione, pero sus condiciones hace evidente que es, aún, un ordenador que no podemos tener en casa o en la oficina. Además también necesita una instalación especial. En este caso IBM cuenta con el IBM Q Quantum Computation Center. Un centro especializado para las necesidades de la computación cuántica que tiene previsto inaugurarse a finales de 109 en Nueva York. En este centro tendrán acceso las empresas y el resto de miembros de IBM Q Network para utilizarlo en investigaciones.