YORKTOWN HEIGHTS, NY – 10 de junio de 2025 – IBM dio a conocer su plan para construir la primera computadora cuántica del mundo a gran escala y tolerante a fallos, preparando el escenario para la computación cuántica práctica y escalable. 

IBM Quantum Starling, que estará listo en 2029, se construirá en un nuevo centro de datos de IBM Quantum en Poughkeepsie, Nueva York, y se espera que realice 20.000 veces más operaciones que las computadoras cuánticas actuales. Para representar el estado computacional de un IBM Starling se requeriría la memoria de más de un quindecillón (10^{^48}) de las supercomputadoras más poderosas del mundo. Con Starling, los usuarios podrán explorar completamente la complejidad de sus estados cuánticos, que están más allá de las propiedades limitadas a las que pueden acceder las computadoras cuánticas actuales.  

IBM, que ya opera una gran flota global de computadoras cuánticas, está lanzando una nueva hoja de ruta cuántica (o Quantum Roadmap) que describe sus planes para construir una computadora cuántica práctica y tolerante a fallos.

“IBM está trazando la próxima frontera en la computación cuántica”, afirmó Arvind Krishna, Presidente y CEO de IBM. “Nuestra experiencia en matemáticas, física e ingeniería está preparando el camino para una computadora cuántica a gran escala y tolerante a fallos, que resolverá desafíos reales del mundo y abrirá inmensas posibilidades para los negocios”.

Una computadora cuántica a gran escala y tolerante a fallos con cientos o miles de qubits lógicos podría ejecutar desde cientos de millones hasta miles de millones de operaciones, lo que podría acelerar la eficiencia en tiempos y costos en campos como el desarrollo de fármacos, el descubrimiento de materiales, la química y la optimización.

Starling tendrá acceso a la potencia computacional necesaria para estos problemas ejecutando 100 millones de operaciones cuánticas utilizando 200 qubits lógicos. Será la base de IBM Quantum Blue Jay, que será capaz de ejecutar mil millones de operaciones cuánticas en 2.000 qubits lógicos.

Un qubit lógico es una unidad de una computadora cuántica con corrección de errores, encargado de almacenar el valor de un qubit de información cuántica. Está hecho de múltiples qubits físicos que trabajan juntos para almacenar esta información y monitorearse entre sí para detectar errores.

Al igual que las computadoras clásicas, las computadoras cuánticas necesitan corrección de errores para ejecutar grandes cargas de trabajo sin fallos. Para ello, se usan grupos de qubits físicos para crear una cantidad menor de qubits lógicos con tasas de error más bajas que los qubits físicos de base. Las tasas de error lógico del qubit se suprimen exponencialmente con el tamaño del clúster, permitiéndoles ejecutar un mayor número de operaciones.

La creación de un número cada vez mayor de qubits lógicos capaces de ejecutar circuitos cuánticos, con la menor cantidad posible de qubits físicos, es fundamental para la computación cuántica a escala. Hasta el día de hoy, no se ha publicado un camino claro para construir un sistema tolerante a fallos sin una sobrecarga de ingeniería irreal.

El camino hacia la tolerancia a fallos a gran escala

El éxito de la ejecución de una arquitectura eficiente y tolerante a fallos depende de la elección de su código de corrección de errores y de cómo se diseña y construye el sistema para permitir que este código escale.

Los códigos de corrección de errores alternativos y anteriores que constituyen el estándar presentan desafíos de ingeniería fundamentales. Para escalar, se requeriría una cantidad inviable de qubits físicos para crear suficientes qubits lógicos para realizar operaciones complejas, lo que requeriría cantidades poco prácticas de infraestructura y electrónica de control. Esto hace que sea poco probable que puedan implementarse más allá de experimentos y dispositivos a pequeña escala.

Una computadora cuántica práctica, a gran escala y tolerante a fallos requiere una arquitectura que sea:

• Tolerante a fallos para suprimir suficientes errores para que los algoritmos útiles tengan éxito.
• Capaz de preparar y medir qubits lógicos a través del cómputo
• Capaz de aplicar instrucciones universales a estos qubits lógicos.
• Capaz de decodificar mediciones de qubits lógicos en tiempo real y alterar instrucciones posteriores.
• Modular para escalar a cientos o miles de qubits lógicos para ejecutar algoritmos más complejos.
• Suficientemente eficiente para ejecutar algoritmos significativos con recursos físicos realistas, como energía e infraestructura.

Hoy, IBM presenta dos nuevos documentos técnicos que detallan cómo resolverá los criterios anteriores para construir una arquitectura a gran escala y tolerante a fallos.

El primer paper revela cómo un sistema de este tipo procesará instrucciones y ejecutará operaciones de manera efectiva con códigos qLDPC. Este trabajo se basa en un enfoque innovador para la corrección de errores destacado en la portada de Nature que introdujo códigos de verificación de paridad de baja densidad cuántica (qLDPC). Este código reduce drásticamente la cantidad de qubits físicos necesarios para la corrección de errores y disminuye la sobrecarga requerida en aproximadamente un 90 por ciento, en comparación con otros códigos líderes. Además, describe los recursos necesarios para ejecutar de forma confiable programas cuánticos a gran escala para demostrar la eficiencia de dicha arquitectura frente a otras.  

El segundo paper describe cómo decodificar eficientemente la información de los qubits físicos y traza un camino para identificar y corregir errores en tiempo real con recursos informáticos convencionales.

Del plan (o roadmap) a la realidad

El nuevo roadmap de IBM Quantum describe los hitos tecnológicos claves que demostrarán y ejecutarán los criterios de tolerancia a fallos. Cada nuevo procesador del roadmap aborda desafíos específicos para construir sistemas cuánticos que sean modulares, escalables y con corrección de errores:

• IBM Quantum Loon, previsto para 2025, está diseñado para probar componentes de arquitectura para el código qLDPC, incluyendo “acopladores C” que conectan qubits a distancias más largas en el mismo chip.
• IBM Quantum Kookaburra, previsto para 2026, será el primer procesador modular de IBM diseñado para almacenar y procesar información codificada. Combinará la memoria cuántica con operaciones lógicas: el elemento básico para escalar sistemas tolerantes a fallos más allá de un único chip.
• IBM Quantum Cockatoo, previsto para 2027, entrelazará dos módulos Kookaburra mediante acopladores “en L”. Esta arquitectura conectará chips cuánticos como nodos de un sistema mayor, evitando así la necesidad de construir chips imprácticos de gran tamaño.

En conjunto, estos avances están siendo diseñados para culminar en Starling en 2029.

Para más información sobre el plan de IBM para escalar la tolerancia a fallos, visita nuestro blog o mira el último video con nuestros científicos de IBM Quantum.

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