Microsoft presenta una hoja de ruta para la supercomputación cuántica

Una supercomputadora cuántica tolerante a fallas está un paso más cerca según Microsoft. Una nueva hoja de ruta del equipo de Microsoft Azure Quantum describe los seis pasos necesarios para lograr el objetivo de crear una máquina capaz de resolver algunos de los problemas más complejos del mundo. Microsoft también presentó un «copiloto cuántico» y «elementos cuánticos», un producto que integra HPC, inteligencia artificial y cuántica para acelerar el descubrimiento científico.

La hoja de ruta se basa en la primera creación de qubits topológicos el año pasado. Estos se consideran un requisito para las verdaderas computadoras cuánticas tolerantes a fallas porque son menos susceptibles al ruido y los errores que otras formas de qubits. Microsoft dice que usa partículas conocidas como estados topológicos de Majorana para formar la base de sus qubits. «Es como inventar el acero, desencadenar la revolución industrial», dice Krysta Svore, vicepresidenta de desarrollo cuántico avanzado de Microsoft.

Microsoft dice que los qubits lógicos, compuestos por muchos qubits físicos, son necesarios para una verdadera supercomputadora cuántica. Cuanto más estables sean los qubits con los que comience, más fácil será escalar a niveles de supercomputadora donde necesita menos qubits físicos por qubit lógico. La compañía dice que ha probado todas las formas de qubits, incluidos giro, envío, gatimon y otros, pero ninguno ha medido de manera efectiva.

Sus ingenieros consideraron necesario contar con una supercomputadora cuántica estable y escalable con «qubits topológicos». Para lograr esto, se requería un gran avance en la física que había eludido a los científicos durante casi un siglo. Microsoft logró esto el año pasado al crear materia y manipularla en un estado topológico. En este caso, los qubits se pueden manipular más fácilmente, son más estables y ocupan menos espacio, lo que permite una escala mayor.

La próxima etapa de Microsoft en el camino hacia una supercomputadora cuántica es crear «qubits protegidos por hardware», también conocidos como qubits topológicos que tienen protección contra errores incorporada y pueden escalar para admitir qubits confiables. Cada uno de estos qubits debe tener menos de 10 micrones para caber un millón en un chip del tamaño de una tarjeta de crédito y ser completamente manejable.

Otras etapas incluyen mejorar la calidad de esos qubits protegidos por hardware para permitir el enredo y reducir las tasas de error. Luego, la cantidad de qubits debe aumentarse y unirse en una QPU programable. Las etapas finales están trabajando en la flexibilidad y construyendo lo que Microsoft llama rQOPS, una nueva métrica para rastrear operaciones cuánticas confiables por segundo.

No hay plazos sobre cuándo se logrará esto, pero Microsoft Azure dice que espera que toda la hoja de ruta se complete en «años, no décadas», por lo que podríamos ver su lanzamiento antes del final de esta década.

Elementos cuánticos de Microsoft: tres etapas de la evolución cuántica

Microsoft divide la era cuántica en tres fases, comenzando con el NISQ actual, o fase ruidosa de computadoras cuánticas propensas a errores y de pequeña escala. “El avance final llegará cuando las instituciones puedan diseñar con precisión nuevos productos químicos y materiales utilizando una supercomputadora cuántica”, dice la compañía. Para llegar allí, la industria seguirá un camino similar al camino de desarrollo de las supercomputadoras clásicas, pasando de los tubos de vacío a los transistores y luego a los circuitos integrados a gran escala.

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La siguiente etapa es la flexibilidad, donde los sistemas cuánticos comienzan a ejecutarse en qubits lógicos que son lo suficientemente confiables y estables para realizar cálculos reales. Cuando esto se determine, el nivel final comenzará cuando las supercomputadoras cuánticas escalen a un nivel y capacidades que no son posibles con las supercomputadoras clásicas actuales o futuras.

El objetivo es «exprimir los próximos 250 años de avances en química y ciencia de los materiales en los próximos 25 años», dijo el director ejecutivo de Microsoft, Satya Nadella, insinuando la cantidad de potencia informática posible con una supercomputadora cuántica. Parte de esto vendrá a través del anuncio de Azure Quantum Elements, una combinación de computación cuántica, inteligencia artificial y computación de alto rendimiento para acelerar la investigación científica.

Esto, según Azure, permite a los desarrolladores y científicos reducir el tiempo de investigación y desarrollo y prepararse para la computación cuántica extendida. Afirma que algunos clientes ven una simulación química en particular acelerada 500,000 veces, lo que reduce la computación general en un minuto.

La inteligencia artificial y la cuántica se entrelazan

«La química está en todo», dijo Ansgar Schaefer, vicepresidente de BASF, uno de los primeros usuarios de elementos cuánticos. Schäfer lidera la investigación de química cuántica de la compañía y dijo: «Para poder mejorar los productos y procesos, realmente se trata de comprender la química detrás de ellos a un nivel microscópico. Cuanto más complejo es el desafío, se requiere más poder de cómputo». [Azure Quantum Elements] Es una herramienta que nos brinda la capacidad adicional necesaria para ayudar a desarrollar métodos de investigación completamente nuevos y aumentar la eficiencia y la velocidad del desarrollo. »

Quantum Elements integra los modelos químicos de IA de Microsoft y los ejecuta en un entorno híbrido cuántico/HPC. También se puede dirigir usando Copilot, la herramienta de inteligencia artificial de lenguaje natural Core Model de Microsoft.

Copilot ya se lanzó en toda la familia de productos de Microsoft, incluidos Windows, GitHub y Microsoft 365. «El copiloto de Azure Quantum ayuda a los científicos a usar el lenguaje natural para pensar en problemas complejos de química y materiales», explicó la compañía.

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