Retos, investigaciones y aplicaciones de la computación cuántica en el marco de Fujitsu Quantum Day 2024

La computación cuántica es una de las tecnologías en las que invierte Fujitsu, con la vista puesta en la resolución de problemas complejos, como el descubrimiento de nuevos materiales y fármacos, con velocidades más rápidas que los ordenadores clásicos.

La Ley de Moore, desarrollada por Gordon Moore, padre de Intel, en 1965, predice que el número total de transistores integrados en un circuito sería doblado cada año. Esto es, los procesadores son cada vez más pequeños y contienen un mayor número de transistores, lo que hace que sean más potentes y eficientes.

Sin embargo, la Ley de Moore tiene un límite, ya que llegará un momento en que el tamaño de los transistores no se pueda reducir más. Ante este futuro, se ha empezado a desarrollar la computación cuántica, que opera bajo los principios de física cuántica y los aplica al cálculo para resolver problemas mucho más rápido

La unidad básica de información en la computación cuántica se conoce como cúbit o bit cuántico. Frente al bit (la unidad de información básica en la computación clásica), que solo puede representar un único valor binario, es decir, 0 o 1; el cúbit puede representar un 0, un 1 o cualquier proporción de 0 y 1 en la superposición de ambos estados.

Esta superposición, sin embargo, es delicada, ya que el ruido externo puede perturbarla, un fenómeno conocido como 'decoherencia', que hace que la computación cuántica sea más propensa a los errores, más incluso que cualquier arquitectura computacional clásica. Y esos errores, además, se transmiten de forma instantánea a cada cúbit.

Esta situación plantea un problema en un contexto en el que los investigadores estiman que para alcanzar un computador cuántico tolerante al error se requiere el desarrollo de dispositivos de al menos un millón de cúbits físicos.

Para superar los retos que plantea la computación cuántica, Fujitsu colabora con distintas instituciones de investigación, para el desarrollo de arquitecturas que ayuden a corregir el error. Una de ellas es la Universidad de Osaka (Japón), que reveló el año pasado una nueva arquitectura que reduce en un 90% el número de cúbits físicos necesarios para la corrección cuántica de errores, pasando de un millón a 10.000 cúbits.

También con el instituto de investigación RIKEN (Japón), con el que ha desarrollado un ordenador cuántico superconductor de 64 cúbits con un cableado vertical que lo hace escalable para futuras ampliaciones.

La colaboración entre Fujitsu y RIKEN también se enfoca al desarrollo de tecnologías que permitan alcanzar operaciones de puerta cuántica más precisas, un elemento básico en el procesamiento de la información ya que permite la manipulación y transformación de los cúbits.

Fujitsu colabora desde 2020 con la Universidad de Tecnología de Delft (Países Bajos), con una investigación centrada en una nueva arquitectura de espín de diamante, que habilita las operaciones entre cúbits lejanos con luz. Estos trabajos se reforzaron a finales de enero con el anuncio del nuevo 'hub' de investigación Fujitsu Advanced Computing Lab Delft.

Este 'hub' promoverá la investigación en centros universitarios de Países Bajos, como se señaló el pasado 25 de enero durante la jornada 'Desbloqueando el futuro de la computación cuántica: explorando múltiples caminos', a la que asistió Europa Press. Celebrada en Delft, en ella se expusieron los principales trabajos de investigación con los que se busca superar los retos que plantea la computación cuántica.

La computación cuántica es la forma en que en realidad opera la naturaleza a niveles muy bajos, pero todavía está en sus primeras fases, como aclaró el director técnico de Fujitsu, Vivek Mahajan, en un encuentro con la prensa.

Con ella se esperan resolver problemas complejos como el descubrimiento de nuevos materiales y fármacos, la predicción precisa los precios futuros en los mercados financieros o la criptografía. Sin embargo, la compañía matiza que esta tecnología satisfará una muy pequeña cantidad de problemas específicos.

La multinacional apuesta por esta tecnología con la creación de un marco de condiciones que permita al ecosistema crecer, investigar y comprobar qué es lo que tiene éxito y lo que no. El objetivo, apunta, es alcanzar la excelencia técnica.

La jornada también contó con la participación de Artur García Sáez, el responsable del Grupo de Computación Cuántica del Barcelona Supercomputing Center (BSC), que habló del proyecto de simulación a gran escala de sistemas cuánticos con supercomputadoras.