Microsoft, junto a sus colaboradores en el proyecto Azure Quantum, logró avances significativos en la investigación de la computación cuántica, y su más reciente éxito fue cuadruplicar el número de qubits lógicos que son capaces de crear. Este logro es solo el último de una serie de proyectos de investigación que, durante este año, impulsaron aspectos clave de esta tecnología, como el aumento en la cantidad de qubits y la corrección de errores.
En este artículo te contamos sobre varios de estos avances realizados por Microsoft y sus socios, Quantinuum y Atom Computing.
El enfoque de plataforma de Microsoft
Antes de profundizar en los detalles de estos resultados de investigación, es fundamental destacar que los éxitos pasados de Microsoft provienen de su trayectoria como empresa de plataformas. Históricamente, sus logros técnicos más importantes se caracterizan por la integración, escalabilidad, innovación continua y apoyo al crecimiento de ecosistemas de desarrolladores.
Este enfoque es clave, ya que la computación cuántica es una tecnología cuyo éxito se medirá en décadas. Ese extenso período de desarrollo requiere una plataforma con esas mismas características.
Azure Quantum
El compromiso de Microsoft con la computación cuántica es evidente en sus productos actuales y en sus planes a largo plazo. En 2019, la compañía lanzó Azure Quantum como una plataforma en la nube equipada con hardware de iones atrapados y superconductores proporcionados por socios. Desde su creación, Azure Quantum evolucionó hasta convertirse en una plataforma robusta con un enfoque en aplicaciones generales.
Ofrece diversas modalidades de computación cuántica de cinco empresas participantes, permitiendo que los desarrolladores comparen tecnologías. Además, la plataforma proporciona una amplia gama de herramientas de hardware y software útiles para distintos niveles de investigación cuántica, desde investigadores curiosos hasta científicos con profundo conocimiento técnico.
Azure Quantum Elements
Azure Quantum Elements es una plataforma especializada dentro de Azure Quantum, diseñada específicamente para químicos y científicos de materiales. Utiliza computación de alto rendimiento, inteligencia artificial y herramientas cuánticas para investigación avanzada y modelado. Entre sus características avanzadas destaca el uso de Generative Chemistry AI, que permite diseñar, optimizar y especificar propiedades para la creación de nuevas moléculas. También incorpora la teoría del funcional de la densidad acelerada (DFT), que resuelve problemas de química cuántica para determinar propiedades moleculares.
Un aspecto importante a destacar es que la plataforma Azure Quantum Elements está construida de tal manera que permite integrar aplicaciones personalizadas de otros dominios científicos. No se limita solo a la química y la ciencia de materiales, sino que está diseñada con la expectativa de que otros campos, como las ciencias de la vida, también encuentren soluciones en ella.
En enero de 2024, Microsoft y el Pacific Northwest National Laboratory realizaron un proyecto de investigación conjunta que modeló 32 millones de nuevos materiales candidatos utilizando inteligencia artificial y computación de alto rendimiento, antes de la integración de la computación cuántica en Azure Quantum Elements. El proyecto seleccionó un material eficiente para baterías recargables, potencialmente más eficiente que las actuales baterías de ion-litio.
Socios de hardware cuántico de Microsoft
Quantinuum utilizó su más reciente computadora cuántica Modelo H2 en sus proyectos de investigación con Microsoft. Este sistema emplea un isótopo de iterbio para qubits y iones de bario para enfriamiento. Esta compañía usa una arquitectura avanzada de iones atrapados llamada Quantum Charged Coupled Device (QCCD), que permite realizar múltiples operaciones cuánticas en paralelo, aumentando la velocidad y eficiencia del sistema.
En el corto plazo, Quantinuum espera evolucionar hacia una supercomputadora híbrida equipada con unos 100 qubits lógicos confiables. A largo plazo, planea escalar este sistema híbrido hasta unos 1.000 qubits lógicos capaces de ejecutar aplicaciones más allá del alcance de los supercomputadores clásicos actuales.
En 2025, Quantinuum presentará una nueva computadora cuántica de la serie H llamada Helios, que mejorará la fidelidad y aumentará el número de qubits físicos. Esto permitirá utilizar más códigos de corrección de errores y un mayor número de estos dispositivos lógicos.
Atom Computing desarrolló su primera computadora cuántica de átomos neutros utilizando átomos de estroncio-87 para qubits, pero cambió a átomos de iterbio en su sistema más reciente. Este cambio responde a estudios que indican que el iterbio-171 es una mejor opción para los qubits, dado que su estructura atómica simplificada permite una manipulación y medición más fácil en comparación con el estroncio.
Además, usa láseres como pinzas para atrapar, controlar y organizar individualmente los átomos de iterbio en una matriz. Para 1.225 qubits, la matriz podría organizarse en una disposición de 35x35 y optimizarse para la virtualización de los qubits de Microsoft. También puede configurarse en otras formas y hasta en 3D.
El procesador de iterbio de la compañia todavía está en desarrollo, y aunque se completaron varios proyectos de investigación con Microsoft, los resultados aún no se publicaron.
Investigaciones revolucionarias
En abril de 2024, científicos de Microsoft y Quantinuum lograron una reducción de la tasa de error cuántico de 800 veces mediante la virtualización de qubits. Este método combinó la computadora cuántica de alta fidelidad Modelo H2 con el sistema de virtualización de estos dispositivos de la compañia fundada por Bill Gates, creando cuatro qubits lógicos estables a partir de 30 físicos. Este avance permitió corregir errores causados por factores ambientales, restaurando el estado de estos aparatos lógicos mediante información de otros.
En junio de 2024, Microsoft anunció Generative Chemistry y DFT acelerado. Estas tecnologías tienen el potencial de comprimir 250 años de avances en química en solo 25 años. La Generative Chemistry es clave para generar moléculas nuevas mediante modelos de IA entrenados en cientos de millones de compuestos, mientras que el DFT acelerado permite simular propiedades cuánticas moleculares con gran velocidad y precisión, acelerando los descubrimientos científicos.
En septiembre de 2024, Microsoft y Quantinuum crearon 12 qubits lógicos, un gran avance en comparación con los cuatro creados en abril. Utilizando un código optimizado (16,4,4), lograron mejorar la fiabilidad y escalabilidad de la tecnología cuántica, acercándose a la resolución de problemas que están más allá de las capacidades de las supercomputadoras actuales.
El camino hacia la ventaja cuántica
Algunos de los problemas globales más desafiantes, como el cambio climático, la logística y la farmacéutica, están fuera del alcance de los supercomputadores clásicos. Cada avance en la computación cuántica acerca la posibilidad de resolver estos problemas. Se estima que estos desafíos requerirán supercomputadoras cuánticas integradas con millones de qubits corregidos por errores.
La plataforma Azure Quantum de Microsoft, junto con sus socios Quantinuum y Atom Computing, parece estar encaminada hacia ese objetivo. Aunque no hay un cronograma definido, los avances recientes sugieren que estamos más cerca de aumentar exponencialmente la cantidad de qubits lógicos necesarios para construir computadoras cuánticas verdaderamente útiles y poderosas.
El CEO de Atom Computing, Ben Bloom, resumió el espíritu de colaboración al decir: "Microsoft tiene un equipo de hardware de clase mundial, pero trabajamos principalmente con su equipo de software, que estuvo pensando en la corrección de errores cuánticos durante muchos años. Hay una gran cantidad de experimentos increíbles listos para ejecutarse".
*Con información de Forbes US.
