La computación cuántica ha fascinado al mundo de la tecnología durante décadas. Porque, si bien la computación clásica es binaria, los bits cuánticos (qubits) hechos de átomos, electrones y superconductores pueden existir en estados “0” y “1” al mismo tiempo, lo que proporciona potencia computacional accesible a las computadoras clásicas.
CTO y cofundador de Quantum Machines.
Las implicaciones de este poder computacional serán de gran alcance, como acelerar el descubrimiento de fármacos, optimizar las cadenas de suministro globales y revolucionar la ciencia de los materiales para obtener energía limpia. Si esto no es lo suficientemente interesante, la nueva frontera de la hibridación de la computación cuántica y clásica crea otra fuente de entusiasmo para el campo.
La humanidad ha integrado la informática en el tejido básico de la vida cotidiana. Respalda nuestro progreso en una gran cantidad de áreas, además de influir en nuestra vida diaria más que casi cualquier otra cosa.
Si bien las computadoras cuánticas son fascinantes por sí mismas, cada vez está más claro que su integración en los centros de datos (considerándolas una pieza crítica del rompecabezas informático más amplio) representa una de las fronteras más apasionantes de la ciencia y la tecnología actuales.
Computación híbrida: ya una realidad y la clave del futuro
La idea de que la computación cuántica y la clásica funcionarán juntas no es una visión del futuro. Las computadoras cuánticas ya dependen de una estrecha integración con la computación clásica, que juega un papel importante para permitir su funcionamiento.
Por ejemplo, se utiliza computación clásica extensiva para generar señales de control que operan hardware cuántico y para calibrar hardware cuántico y sistemas de control. En este escenario, las computadoras clásicas encuentran miles de parámetros de sistema diferentes y los recuperan constantemente a medida que pasa el tiempo.
También se utilizan algoritmos clásicos de gran intensidad computacional para decodificar errores durante la corrección de errores cuánticos, lo cual es fundamental para permitir una computación cuántica estable y el escalado de sistemas cuánticos. Otro caso de uso clave son los algoritmos híbridos cuánticos-clásicos que se basan en el entrelazamiento de cálculos cuánticos y clásicos para resolver problemas complejos.
En el futuro, esta hibridación tendrá un impacto cada vez mayor en las aplicaciones informáticas. Las QPU actuarán como aceleradores especializados entre los flujos de trabajo clásicos de HPC y AI, complementando en lugar de reemplazando a las CPU y GPU. Los sistemas cuánticos se ubicarán junto a las CPU y GPU en el centro de datos y se implementarán exactamente para los tipos de problemas que mejor pueden resolver.
De hecho, esto ya está empezando a suceder: algunas de las demostraciones cuánticas recientes más importantes se han basado en sistemas cuánticos y clásicos que funcionan en estrecha coordinación. Por ejemplo, los científicos de RIKEN e IBM lograron recientemente una de las simulaciones cuánticas más grandes de grupos de hierro y azufre mediante el intercambio de datos de circuito cerrado entre un procesador IBM Quantum Heron ubicado en el mismo lugar y la supercomputadora Fugaku de RIKEN.
Esperamos que estos intercambios híbridos entre sistemas cuánticos y clásicos, en lugar de que la computación cuántica funcione como un recurso aislado e independiente, se conviertan en la norma a medida que la tecnología madure.
La última frontera, y quizás la más intrigante, de la hibridación cuántica-clásica es su relación con la inteligencia artificial. La infraestructura informática se utiliza para entrenar modelos de IA, mientras que las capacidades del hardware limitan lo que los modelos pueden hacer de muchas maneras. La integración de hardware cuántico en este tejido informático puede generar nuevos datos para modelos de IA, así como nuevos motores para la inferencia de IA.
Además, las herramientas de inteligencia artificial pueden ayudar a descomponer algunas de las capas de abstracción que hemos construido, lo que puede eliminar restricciones adicionales sobre cómo utilizamos el hardware cuántico para resolver problemas.
Las computadoras cuánticas no funcionan solas
Teniendo en cuenta lo anterior, a medida que la computación cuántica pasa de la demostración de laboratorio a las aplicaciones prácticas, el éxito dependerá no sólo de la mejora de los procesadores cuánticos sino también de la eficacia con la que la computación cuántica y la clásica trabajen juntas.
La latencia y el ancho de banda de los enlaces cuánticos-clásicos desempeñarán un papel importante en la eficacia de esta integración y determinarán hasta qué punto se pueden acoplar el procesamiento cuántico y clásico. Esto es importante porque los qubits mantienen su estado solo brevemente: cuanto más rápido pueda leer, procesar y responder un sistema clásico, más complejo será el cálculo que podrá soportar antes de perder ese estado.
Otro aspecto importante es el software. Crear infraestructura, herramientas, compiladores y aplicaciones que orquesten eficientemente flujos de trabajo híbridos cuánticos-clásicos, teniendo en cuenta el alto rendimiento y la experiencia del desarrollador, será fundamental para que la industria tenga éxito en la entrega de valor del mundo real a tiempo.
Esto requiere inversión en capas de orquestación que permitan a los desarrolladores calibrar y controlar los recursos cuánticos tan fácilmente como lo hacen con el HPC actual, abstrayendo gran parte de la complejidad del hardware subyacente.
El próximo paso en la computación cuántica dependerá de combinar los avances en física, ingeniería e informática para superar la barrera que supone pasar de los prototipos de laboratorio a las computadoras útiles.
Hay muchos desafíos por delante, desde escalar el hardware y corregir errores a escala hasta encontrar la aplicación adecuada. El mensaje claro es que los sistemas híbridos cuánticos-clásicos no son una fase temporal en este viaje. Son la base sobre la que se construirá la computación cuántica práctica.
Los líderes empresariales y de TI no deberían centrarse en la cantidad de qubits que se exploran en forma cuántica, sino en cómo se integran los sistemas con la infraestructura clásica. En implementaciones útiles de escalado de computación cuántica y computación híbrida, los mecanismos de control, la corrección de errores y la orquestación de software determinarán si un sistema puede proporcionar un rendimiento confiable y resultados repetibles.
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