El futuro de la computación cuántica se sustenta en sistemas clásicos

La promesa de la computación cuántica depende de más que de los procesadores cuánticos. Los ordenadores clásicos seguirán siendo esenciales para controlar qubits, corregir errores y coordinar las cargas de trabajo que convierten los sistemas cuánticos experimentales en herramientas útiles.

Los bits cuánticos, o qubits, pueden ocupar simultáneamente tanto “0” como “1”, a diferencia de los bits binarios usados por los ordenadores clásicos. Esa capacidad podría acelerar el descubrimiento de fármacos, optimizar las cadenas de suministro globales y avanzar en la investigación de materiales para energía limpia. Pero no se espera que las máquinas cuánticas reemplacen a las CPUs y GPUs. Operarán junto a ellas como aceleradores especializados.

Cómo funcionan los sistemas híbridos cuántico-clásicos

La computación cuántica ya depende de una amplia infraestructura clásica. Los sistemas clásicos generan las señales de control que operan el hardware cuántico, calibran el equipo y reajustan continuamente miles de parámetros del sistema a medida que cambian las condiciones.

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También ejecutan algoritmos intensivos en cómputo para decodificar errores durante la corrección de errores cuántica, un requisito para una computación estable y para sistemas cuánticos de mayor tamaño. Los algoritmos híbridos van más allá alternando entre procesamiento cuántico y clásico para abordar problemas complejos.

Ese modelo está empezando a aparecer en demostraciones importantes. Científicos de RIKEN e IBM realizaron recientemente una de las simulaciones cuánticas más grandes de clústeres de hierro-azufre mediante un intercambio de datos en bucle cerrado entre un procesador IBM Quantum Heron coubicado y el superordenador Fugaku de RIKEN.

La arquitectura prevista es un centro de datos donde las unidades de procesamiento cuántico, o QPUs, se sitúan junto a CPUs y GPUs. Cada tipo de procesador se encargaría de los problemas para los que está mejor preparado, mientras que los sistemas clásicos gestionarían gran parte del flujo de trabajo circundante.

Latencia, software y el camino hacia una computación cuántica útil

La conexión entre el hardware cuántico y clásico determinará cuán eficaz puede ser este arreglo. La latencia y el ancho de banda son críticos porque los qubits conservan su estado solo por un breve tiempo. Cuanto más rápido pueda un sistema clásico leer, procesar y responder a los datos cuánticos, más complejo podrá ser el cálculo que se complete antes de que ese estado se pierda.

El software es igualmente importante. Los desarrolladores necesitarán infraestructura, compiladores, herramientas y aplicaciones que puedan orquestar flujos de trabajo híbridos al tiempo que ofrecen tanto alto rendimiento como una experiencia de desarrollo práctica. Las capas de orquestación deberían facilitar la calibración y el control de los recursos cuánticos, tal como los desarrolladores gestionan hoy los sistemas de computación de alto rendimiento, al mismo tiempo que ocultan gran parte de la complejidad del hardware subyacente.

Esa misma infraestructura podría eventualmente conectar la computación cuántica con la inteligencia artificial. El hardware cuántico podría generar nuevos datos para modelos de IA o proporcionar nuevos motores para la inferencia, mientras que las herramientas de IA podrían ayudar a reducir algunas de las capas de abstracción que actualmente limitan cómo se usan los sistemas cuánticos.

La transición de prototipos de laboratorio a ordenadores prácticos aún enfrenta grandes desafíos, incluidos el escalado del hardware, la corrección de errores a gran escala y la identificación de aplicaciones adecuadas. Para las empresas y los responsables de TI, por lo tanto, el número de qubits es solo una medida. Los sistemas de control, la corrección de errores y la orquestación de software determinarán si una plataforma cuántica puede ofrecer resultados fiables y repetibles.