Yorktown Heights, N.Y., 21 de noviembre de 2024 – En su conferencia inaugural IBM Quantum Developer, IBM (NYSE: IBM) anunció avances de hardware y software cuánticos para ejecutar algoritmos complejos en computadoras cuánticas de IBM con niveles récord de escala, velocidad y precisión.

IBM Quantum Heron, el procesador cuántico de mayor desempeño de la compañía hasta el momento y disponible en los centros de datos cuánticos globales de IBM, ahora puede aprovechar Qiskit para ejecutar con precisión ciertas clases de circuitos cuánticos con hasta 5.000 operaciones de compuerta de dos qubits. Los usuarios ahora pueden usar estas capacidades para ampliar las exploraciones sobre cómo las computadoras cuánticas pueden abordar problemas científicos en materiales, química, ciencias de la vida, física de alta energía y más.

Esto da continuidad al logro de hitos  en el plan desarrollo cuántico de IBM, y avanza aún más en la era de la utilidad cuántica a medida que IBM junto a sus aliados avanzan hacia la ventaja cuántica y a un sistema avanzado de IBM con corrección de errores, planificado para 2029.

Las mejoras combinadas entre el IBM Heron y Qiskit pueden ejecutar ciertos circuitos cuánticos de Ising reflejados en hasta 5.000 puertas, lo que es casi el doble de la cantidad de puertas ejecutadas con precisión en la demostración de la utilidad cuántica de IBM en 2023. Este trabajo amplía el desempeño de las computadoras cuánticas de IBM más allá de las capacidades de los métodos de simulación clásica de fuerza bruta. El experimento de utilidad de 2023, publicado en Nature, demostró los resultados de velocidad en términos del tiempo de procesamiento, por punto de datos, que totalizaron 112 horas. El mismo experimento, utilizando los mismos puntos de datos, se ejecutó en el último procesador IBM Heron y se puede completar en 2,2 horas, lo que es 50 veces más rápido.

IBM ha evolucionado aún más a Qiskit hasta convertirlo en el software cuántico de mayor desempeño del mundo, permitiendo a los desarrolladores construir más fácilmente circuitos cuánticos complejos con estabilidad, precisión y velocidad. Esto queda evidenciado por los resultados recopilados y publicados en arXiv.org usand o Benchpress, una herramienta de evaluación comparativa de código abierto que IBM utilizó para medir Qiskit en 1.000 pruebas, principalmente de terceros, y descubrió que era el kit de desarrollo de software cuántico de mayor desempeño y más confiable en comparación con otras plataformas seleccionadas.

“Los avances en nuestro hardware y en Qiskit, están permitiendo a nuestros usuarios construir nuevos algoritmos en los que los recursos avanzados de supercomputación cuántica y clásica se pueden combinar para aprovechar sus respectivas fortalezas”, afirmó Jay Gambetta, vicepresidente de IBM Quantum. “A medida que avanzamos en nuestro plan hacia sistemas cuánticos con corrección de errores, los algoritmos descubiertos hoy en las distintas industrias serán clave para hacer realidad el potencial de resolver nuevos problemas que surgen a través de la convergencia de QPU, CPU y GPU”.

Nuevas herramientas de software para avanzar en el desarrollo de algoritmos de próxima generación

La plataforma IBM Quantum está ampliando aún más sus opciones con nuevos servicios Qiskit, como capacidades basadas en IA generativa y software de socios de IBM, permitiendo que una red creciente de expertos en todas las industrias construya algoritmos de próxima generación para la investigación científica.

Esto incluye herramientas como el Qiskit Transpiler Service, para potenciar la optimización eficiente de circuitos cuánticos para hardware cuántico con IA; el Qiskit Code Assistant para ayudar a los desarrolladores a generar código cuántico con modelos de IA generativos basados en IBM Granite; el Qiskit Serverless para ejecutar enfoques iniciales de supercomputación centrados en sistemas cuánticos y clásicos; y el  Catálogo de funciones IBM Qiskit para poner a disposición servicios de IBM, Algorithmiq, Qedma, QunaSys, Q-CTRL y Multiverse Computing para capacidades tales como la reducción de la gestión del desempeño del ruido cuántico, así como la abstracción de las complejidades de los circuitos cuánticos para simplificar el desarrollo de algoritmos cuánticos.

"El algoritmo de mitigación de red de error tensorial (TEM) de Algorithmiq, disponible a través del Catálogo de funciones IBM Qiskit, ofrece mitigación de errores de última generación para circuitos a escala de servicios públicos, aprovechando los pasos hacia enfoques de supercomputación centrados en lo cuántico, brindando el tiempo de ejecución cuántico más rápido que hayamos ofrecido hasta ahora a los usuarios", afirmó Matteo Rossi, director de tecnología de Algorithmiq. “Con los recientes avances que hemos logrado para combinar computadoras cuánticas con posprocesamiento en GPU, estamos impulsando las capacidades de TEM para admitir circuitos con hasta 5000 puertas cuánticas entrelazadas, un hito para escalar experimentos cuánticos y abordar problemas complejos. Esto podría abrir la puerta a simulaciones y cálculos cuánticos que anteriormente estaban limitados por el ruido”.

“Los avances en el hardware y software cuántico de IBM son fundamentales para la misión de Qedma de crear servicios que permitan a nuestros usuarios ejecutar los circuitos cuánticos más largos y complejos”, afirmó Dorit Aharonov, director científico de Qedma. “Combinado con nuestros logros en mitigación de errores, que ofrecemos a través del servicio de Qedma en el Catálogo de funciones IBM Qiskit, esperamos seguir avanzando en nuestra misión de permitir que los usuarios globales creen algoritmos con los sistemas cuánticos actuales y logren resultados cada vez más precisos y de valor científico”.

Qiskit impulsa la integración cuántica y clásica hacia el futuro de la informática

Como una próxima evolución de la computación de alto desempeño, la visión de supercomputación de IBM, centrada en lo cuántico, busca integrar computadoras cuánticas y clásicas avanzadas que ejecuten cargas de trabajo paralelizadas para descomponer fácilmente problemas complejos con software de alto desempeño, permitiendo que cada arquitectura resuelva las partes de un algoritmo para el cual es más adecuada. Este tipo de software está siendo diseñado para unir problemas de manera rápida y contínua, permitiendo ejecutar algoritmos que son inaccesibles o difíciles para cada paradigma computacional por sí solo.

RIKEN, un instituto nacional de investigación científica de Japón, y Cleveland Clinic, un importante centro médico académico e institución de investigación biomédica con un IBM Quantum System One en sitio y con utilidad cuántica a escala, están explorando algoritmos para problemas de estructura electrónica que son fundamentales para la química.

Estas iniciativas representan los primeros pasos hacia enfoques de supercomputación centrados en lo cuántico para modelar de manera realista sistemas químicos y biológicos complejos, una tarea que históricamente se creía que requería computadoras cuánticas tolerantes a fallas.

Los primeros ejemplos de este tipo de flujos de trabajo son los métodos basados en el procesamiento clásico paralelo de muestras individuales de computadoras cuánticas. Basándose en técnicas anteriores, como el método QSCI de QunaSys, los investigadores de IBM y de RIKEN han realizado diagonalizaciones cuánticas basadas en muestras de ambientes de supercomputación centrados en lo cuántico, que utilizan hardware cuántico para modelar con precisión la estructura electrónica de los sulfuros de hierro, un compuesto ampliamente presente en la naturaleza y los sistemas orgánicos.

Ahora disponible como un servicio de Qiskit implementable, esta misma técnica está siendo aprovechada por la Clínica Cleveland para explorar cómo podría usarse para implementar simulaciones de interacciones no covalentes centradas en lo cuántico: enlaces entre moléculas que son esenciales para muchos procesos científicos químicos, biológicos y farmacéuticos.

“Esta investigación es un ejemplo de lo que hace que nuestra alianza de investigación sea exitosa: unir las tecnologías de última generación de IBM con la reconocida experiencia de Cleveland Clinic en el cuidado de la salud y las ciencias biológicas”, afirmó la Dra. Lara Jehi, directora de información de investigación de Cleveland Clinic. “Juntos, estamos superando los límites científicos tradicionales utilizando tecnología de vanguardia como Qiskit para avanzar en la investigación y encontrar nuevos tratamientos para pacientes de todo el mundo”.

“Con nuestros socios de IBM, pudimos aprovechar su algoritmo avanzado de estructura electrónica de computación cuántica para estudiar, por primera vez, interacciones intermoleculares en el IBM Quantum System One ubicado en la Clínica Cleveland, que son importantes en posibles aplicaciones futuras para el descubrimiento y diseño de medicamentos”, dijo Kennie Merz, PhD y científico molecular cuántico de la Clínica Cleveland.

“El Centro RIKEN para la Ciencia Computacional (R-CCS) está llevando realizando el proyecto Japan High Performance Computing-Quantum (JHPC-Quantum), que tiene como objetivo construir una plataforma de computación híbrida cuántica-HPC mediante la integración de nuestra supercomputadora, Fugaku, con un IBM Quantum System Two local impulsado por un procesador IBM Quantum Heron. En la era de la utilidad cuántica, apoyaremos firmemente el objetivo de la iniciativa por demostrar enfoques de supercomputación centrados en lo cuántico utilizando nuestra plataforma como un primer paso hacia esta nueva arquitectura informática", afirmó Mitsuhisa Sato, director de la División de Plataforma Híbrida Quantum-HPC del Centro RIKEN de Ciencias Computacionales.

Además, el Instituto Politécnico Rensselaer está utilizando las herramientas de Qiskit para dar los primeros pasos en la construcción de la primera realización de IBM de supercomputación centrada en lo cuántico en un campus universitario. Con un software de alto desempeño, RPI e IBM apuntan a conectar exitosamente cargas de trabajo entre la supercomputadora clásica AiMOS y IBM Quantum System One, ambas ubicadas en el campus de RPI, en un único entorno computacional administrado por un administrador de recursos informáticos de alto desempeño estándar.

"Desde la presentación del IBM Quantum System One en el campus del RPI a principios de este año, hemos dado pasos hacia otro logro importante al iniciar el trabajo para vincular el sistema cuántico y nuestra supercomputadora AiMOS", afirmó Martin A. Schmidt, Ph.D., presidente de RPI. “Este momento es un testimonio de nuestra alianza de larga data con IBM y, al igual que la combinación de la computación cuántica y la supercomputación, nuestras dos instituciones juntas impulsarán avances emocionantes en los próximos años”.

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