La supercomputadora cuántica de 4,000 qubits de IBM podría cambiar la computación para siempre

• IBM planea una supercomputadora cuántica de más de 4,000 qubits para 2025, lograda al interconectar tres chips Kookaburra de 1,386 qubits para formar un sistema de 4,158 qubits.
• La plataforma modular Quantum System Two, presentada en 2023, está diseñada para alojar múltiples chips y cuenta con un refrigerador criogénico y electrónica de control avanzada.
• A finales de 2023, IBM puso en marcha el primer Quantum System Two, ejecutando tres procesadores Heron de 133 qubits en paralelo.
• Para finales de 2025, IBM pretende alojar tres chips Kookaburra en el System Two, creando una sola máquina con 4,158 qubits.
• IBM utiliza acopladores de chip a chip de corto alcance y enlaces criogénicos para conectar los chips en una sola estructura de cómputo.
• La compañía llama a este enfoque supercomputación centrada en lo cuántico, entrelazando QPUs con CPUs y GPUs en una estructura de cómputo unificada.
• Qiskit Runtime y circuit knitting permiten a los desarrolladores ejecutar grandes cargas de trabajo cuánticas en varios chips con mitigación de errores incorporada.
• El sistema de más de 4,000 qubits operará en el régimen NISQ en 2025, confiando en la mitigación de errores en lugar de la corrección completa de errores cuánticos.
• Los expertos estiman que romper RSA-2048 requeriría alrededor de 4,000 qubits lógicos corregidos por errores, probablemente millones de qubits físicos.
• Los competidores incluyen a Google, que apunta a la computación cuántica tolerante a fallos para 2029, IonQ que persigue qubits algorítmicos, Quantinuum enfocado en alta fidelidad y tolerancia a fallos, y D-Wave que ofrece un sistema de recocido de más de 5,000 qubits.

IBM está al borde de un avance en la computación cuántica: una “supercomputadora cuántica” con más de 4,000 qubits para 2025. El ambicioso plan del gigante tecnológico – parte de una estrategia cuántica más amplia – promete revolucionar la computación al abordar problemas que las supercomputadoras más rápidas de hoy no pueden manejar. En este informe, desglosaremos el recorrido cuántico de IBM, el diseño de su sistema de más de 4,000 qubits, opiniones de expertos (y el bombo), cómo se compara con rivales como Google e IonQ, y lo que una máquina de 4,000 qubits podría significar para el mundo.

Antecedentes: La búsqueda de IBM en la computación cuántica

IBM ha sido pionera en la computación cuántica, liderando la carga tanto en el desarrollo de hardware como de software. En 2020, IBM presentó una hoja de ruta cuántica y ha cumplido cada hito desde entonces. Demostraron el procesador Eagle de 127 qubits en 2021 – un chip tan complejo que sus circuitos “no pueden ser simulados exactamente de manera confiable en una computadora clásica” insidehpc.com. Para 2022, IBM presentó el chip Osprey de 433 qubits, un gran avance respecto a Eagle en número de qubits techmonitor.ai. Más recientemente, a finales de 2023, IBM alcanzó la marca de 1,121 qubits con su procesador Condor – el primer procesador cuántico en superar la barrera de los mil qubitstomorrowdesk.com. Cada uno de estos avances sentó las bases cruciales para escalar a miles de qubits.

Pero la estrategia de IBM no se trata solo de añadir más cúbits. La compañía enfatiza un enfoque de pila completa: hardware cuántico robusto, software cuántico inteligente y un amplio ecosistema de usuarios y socios newsroom.ibm.com, insidehpc.com. En 2016, IBM puso la primera computadora cuántica en la nube para uso público, y hoy más de 200 organizaciones y 450,000 usuarios están conectados a los servicios cuánticos de IBM a través de la nube techmonitor.ai. El marco de software de IBM (Qiskit) y el entorno Qiskit Runtime permiten a los desarrolladores ejecutar programas cuánticos de manera eficiente, con herramientas integradas para mitigar errores y orquestar cargas de trabajo híbridas cuántico-clásicas newsroom.ibm.com, insidehpc.com. Esta integración estrecha de hardware y software, junto con una red de colaboradores académicos e industriales, es fundamental para el objetivo más amplio de IBM: llevar la computación cuántica útil al mundo, no solo demostraciones de laboratorio.

A IBM le gusta llamar a esta visión “supercomputación centrada en lo cuántico.” La idea es eventualmente entrelazar procesadores cuánticos (QPU) con CPUs y GPUs clásicas en una estructura informática sin fisuras insidehpc.com. Así como los superordenadores recientes combinan CPUs y aceleradores de IA para manejar cargas de trabajo de IA, IBM ve que los superordenadores del futuro combinarán motores cuánticos y clásicos para abordar problemas que ninguno podría resolver por sí solo insidehpc.com. En palabras del Dr. Jay Gambetta, vicepresidente de computación cuántica de IBM, “Ahora, IBM está dando paso a la era de la supercomputación centrada en lo cuántico, donde los recursos cuánticos – QPUs – se entrelazarán con CPUs y GPUs en una estructura de cómputo”, con el objetivo de resolver “los problemas más difíciles” en la ciencia y la industria insidehpc.com. Es una visión audaz que va más allá de simplemente hacer una computadora más rápida; se trata de cambiar la propia forma de la computación.

Diseñando una supercomputadora cuántica de más de 4,000 qubits

¿Cómo se construye una computadora cuántica con más de 4,000 qubits? La respuesta de IBM: modularidad. En lugar de un solo chip gigante, IBM está conectando varios chips cuánticos más pequeños en un solo sistema, algo parecido a enlazar nodos en una supercomputadora. La plataforma de próxima generación de la compañía, llamada IBM Quantum System Two, está diseñada específicamente para esto. Presentado en 2023, System Two es el primer sistema de computación cuántica modular de IBM, que cuenta con un refrigerador criogénico de última generación y electrónica de control que puede soportar múltiples procesadores cuánticos simultáneamente techmonitor.ai, newsroom.ibm.com. Es la “casa” física que albergará la próxima flota de chips conectados de IBM, todos enfriados cerca del cero absoluto. Al combinar chips, IBM puede aumentar rápidamente la cantidad de qubits sin necesidad de fabricar chips individuales de tamaño imposible, un enfoque crucial para saltar de cientos a miles de qubits.

Figura: La visión de IBM para una supercomputadora cuántica es enlazar varios chips cuánticos en un solo sistema. En 2025, IBM planea presentar “Kookaburra”, un procesador de 1,386 qubits con enlaces de comunicación cuántica; tres chips Kookaburra pueden conectarse en un solo sistema de 4,158 qubits ibm.com. Esta arquitectura modular permite a IBM escalar a miles de qubits interconectando procesadores más pequeños en lugar de depender de un solo chip masivo.

El núcleo del plan de 4,000 cúbits de IBM es su próxima familia de procesadores con nombres en clave de aves. En 2024, se espera que IBM lance “Flamingo”, un chip de 462 cúbits diseñado para probar la comunicación cuántica entre chips ibm.com. IBM planea demostrar el diseño de Flamingo conectando tres procesadores Flamingo en un solo sistema de 1,386 cúbits – esencialmente mostrando que varios chips pueden trabajar juntos como si fueran uno solo ibm.com. Luego viene el grande: en 2025, IBM presentará “Kookaburra”, un procesador de 1,386 cúbits construido para escalado modular ibm.com. Gracias a los enlaces de comunicación integrados, tres chips Kookaburra pueden interconectarse para formar una sola máquina con 4,158 cúbits ibm.com. En palabras de IBM, este será el primer superordenador centrado en lo cuántico, superando el hito de los 4,000 cúbits.

¿Cómo es esta arquitectura? Básicamente, IBM está utilizando acopladores de corto alcance entre chips y enlaces criogénicos para unir cúbits a través de diferentes chips spectrum.ieee.org. Piensa en cada chip como una “baldosa” de cúbits; los acopladores permiten que las baldosas adyacentes compartan información cuántica, y cables especiales de microondas pueden conectar chips un poco más alejados spectrum.ieee.org. El reto es lograr que los cúbits en chips separados se comporten casi como si estuvieran en el mismo chip – no es tarea fácil, ya que los estados cuánticos son frágiles. IBM ha estado desarrollando nueva tecnología de acopladores para mantener los cúbits entrelazados coherentes entre chips tomorrowdesk.com. System Two proporciona el entorno ultrafrío y libre de vibraciones y una configuración de cableado flexible para acomodar estas redes de múltiples chips techmonitor.ai. Todo esto es orquestado por una capa de control “inteligente” (software y computación clásica) que dirige las operaciones cuánticas a través de los diferentes chips, haciendo que trabajen en conjunto insidehpc.com.

La hoja de ruta de

IBM prevé que el sistema de más de 4,000 cúbits esté operativo en algún momento de 2025 techmonitor.ai. De hecho, las primeras piezas ya están en su lugar. A finales de 2023, en la Cumbre Cuántica de IBM, IBM puso en marcha el primer Quantum System Two, ejecutando en paralelo tres procesadores “Heron” más pequeños de 133 cúbits newsroom.ibm.com. Esto sirvió como prototipo: Heron es un chip de relativamente pocos cúbits pero con tasas de error significativamente mejoradas, y IBM utilizó el System Two para demostrar que puede operar múltiples procesadores juntos como un solo sistema newsroom.ibm.com. Durante el próximo año o dos, IBM escalará esto – intercambiando chips más grandes (como Flamingo y luego Kookaburra) y conectando más de ellos. El objetivo es que para finales de 2025, IBM Quantum System Two albergue tres chips Kookaburra y así más de 4,000 cúbits conectados en una sola máquina techmonitor.ai. Mirando aún más adelante, IBM incluso imagina conectar múltiples System Two: por ejemplo, conectar tres de estos sistemas podría dar lugar a un clúster de más de 16,000 cúbits en el futuro techmonitor.ai. En otras palabras, 4,000 cúbits no es el objetivo final: es un peldaño hacia máquinas cuánticas aún más grandes construidas mediante la interconexión de módulos, de manera similar a cómo los superordenadores clásicos escalan con múltiples nodos.

La visión de IBM: Perspectivas de líderes cuánticos

El equipo cuántico de IBM está comprensiblemente entusiasmado – y optimista – sobre lo que significa este salto a 4,000 qubits. El Director de Investigación de IBM, el Dr. Darío Gil, ha hablado a menudo sobre alcanzar una nueva era de computación cuántica práctica. “Ejecutar nuestra visión nos ha dado una visión clara del futuro de la computación cuántica y de lo que se necesita para llegar a la era de la computación cuántica práctica”, dijo Gil, mientras IBM ampliaba su hoja de ruta newsroom.ibm.com. Con la meta de más de 4,000 qubits a la vista, lo describió como el inicio de “una era de supercomputadoras centradas en la cuántica que abrirán espacios computacionales grandes y poderosos” para desarrolladores, socios y clientes newsroom.ibm.com. En otras palabras, IBM ve esto como el amanecer de computadoras cuánticas que no son solo experimentos de laboratorio, sino herramientas poderosas para uso en el mundo real.

Jay Gambetta, IBM Fellow y vicepresidente de Quantum, ha llamado a 2023 un punto de inflexión importante – el momento en que el concepto de supercomputadora centrada en la cuántica se hizo realidad en forma de prototipo techmonitor.ai. Según Gambetta, simplemente tener más qubits no es suficiente; “la supercomputación centrada en la cuántica requerirá más que solo muchos qubits”, explicó – también necesita mayor profundidad de circuito e integración estrecha con sistemas clásicos techmonitor.ai. Esto refleja el énfasis de IBM en la calidad de los qubits y la fusión fluida de la computación cuántica y clásica. “Nuestra misión es llevar la computación cuántica útil al mundo,” dijo Gambetta. “Vamos a seguir proporcionando la mejor oferta cuántica de pila completa en la industria — y depende de la industria poner esos … sistemas en uso” techmonitor.ai. El mensaje: IBM entregará el hardware y el software, y esperan que las empresas e investigadores comiencen a hacer cosas impactantes con ello.

En la Cumbre Cuántica de 2023, el equipo de IBM adoptó un tono optimista sobre la madurez de la tecnología. “Estamos firmemente dentro de la era en la que las computadoras cuánticas se están utilizando como una herramienta para explorar nuevas fronteras de la ciencia,” comentó el Dr. Darío Gil, señalando que las máquinas cuánticas ya no son solo curiosidades newsroom.ibm.com. Destacó el progreso de IBM en la ampliación de estos sistemas mediante el diseño modular y prometió “aumentar aún más la calidad de una pila tecnológica cuántica a escala útil – y ponerla en manos de nuestros usuarios y socios, quienes llevarán los límites a problemas más complejos” newsroom.ibm.com. En esencia, a medida que IBM aumenta el número de cúbits, también están trabajando para mejorar la fidelidad de los cúbits y la “inteligencia” del software, para que esos miles de cúbits realmente puedan realizar trabajos útiles en problemas complejos.

IBM incluso utiliza una metáfora vívida para el cambio que se avecina. La compañía compara el paso de las computadoras cuánticas incipientes de hoy a la supercomputadora cuántica de 2025 con “reemplazar los mapas de papel por satélites GPS” en la navegación ibm.com. Es una imagen evocadora: las supercomputadoras cuánticas podrían guiarnos a través de problemas computacionales de una manera fundamentalmente nueva, así como el GPS revolucionó la forma en que nos orientamos. Si la realidad igualará el optimismo de IBM está por verse, pero no hay duda de que las mentes más brillantes de IBM creen que están al borde de algo grande.

Lo que dicen los expertos: Entre la expectación y la realidad

El anuncio de los 4,000 cúbits de IBM ha generado mucho revuelo, pero los expertos externos suelen recordarnos que mantengamos las expectativas bajo control. Un punto clave que señalan: más cúbits por sí solos no garantizan resultados útiles. Los cúbits actuales son “ruidosos”, es decir, propensos a errores, por lo que simplemente conectar miles de cúbits imperfectos no resuelve mágicamente los problemas si esos cúbits no pueden mantener la coherencia. IEEE Spectrum señaló que el plan de IBM deberá ir acompañado de una “capa de software inteligente” para gestionar los errores y orquestar la carga de trabajo híbrida cuántica-clásica spectrum.ieee.org. De hecho, una nueva y potente pila de software podría ser “clave para hacer algo útil” con un procesador de 4,000 cúbits, al encargarse de la mitigación de errores y dividir las tareas entre el hardware cuántico y los coprocesadores clásicos spectrum.ieee.org. En resumen, el número bruto de cúbits no lo es todo – cómo se usan y controlan esos cúbits es igual de crucial.

Algunos observadores de la industria también destacan la brecha entre qubits físicos y qubits lógicos. Un qubit lógico es un qubit corregido de errores, que en la práctica es un conjunto de muchos qubits físicos trabajando juntos para actuar como un solo qubit muy confiable. Los expertos estiman que romper la encriptación moderna (como las claves RSA de 2048 bits que protegen la seguridad en línea) requeriría alrededor de 4,000 qubits lógicos corregidos de errores – lo que en la práctica podría significar millones de qubits físicos dadas las actuales sobrecargas de corrección de errores postquantum.com. Como dijo un analista de seguridad, “4,000 qubits lógicos no es lo mismo que 4,000 qubits reales” – una computadora cuántica completamente corregida de errores con miles de qubits lógicos sigue siendo un sueño lejano postquantum.com. La máquina de IBM de más de 4,000 qubits estará muy lejos de ese ideal tolerante a fallos; consistirá en qubits físicos que requieren técnicas inteligentes de mitigación de errores para ser útiles. Los investigadores advierten rápidamente que no deberíamos esperar que esta máquina, por ejemplo, rompa la encriptación de internet o resuelva todos los problemas irresolubles de la noche a la mañana.

Dicho esto, la hoja de ruta agresiva de IBM la coloca por delante de muchos competidores en la carrera por la cantidad bruta de qubits, y algunos expertos elogian el enfoque modular como una forma pragmática de escalar. “Creemos que los recursos clásicos realmente pueden potenciar lo que se puede hacer con la computación cuántica y sacar el máximo provecho de ese recurso cuántico,” señaló Blake Johnson, líder de la Plataforma Cuántica de IBM, enfatizando la necesidad de orquestación entre la computación cuántica y la clásica para aprovechar estos grandes sistemas spectrum.ieee.org. Este sentimiento es ampliamente compartido: el futuro es “cuántico más clásico” trabajando en conjunto.

Visiones en competencia: IBM vs. Google, IonQ y otros

IBM no está solo en la carrera cuántica, pero su estrategia contrasta con la de otros grandes actores. Google, por ejemplo, se ha enfocado menos en el número de cúbits a corto plazo y más en lograr una computadora cuántica totalmente corregida de errores. La hoja de ruta de Google apunta a realizar una máquina cuántica útil y corregida de errores para 2029, y la compañía ha estado trabajando constantemente en demostrar cúbits lógicos y reducción de errores en lugar de intentar batir récords de cantidad de cúbits thequantuminsider.com. (Los dispositivos actuales de Google, como el Bristlecone de 72 cúbits o las nuevas iteraciones de su Sycamore de 53 cúbits, tienen muchos menos cúbits que los de IBM, pero Google mostró recientemente que aumentar el número de cúbits físicos en un cúbit lógico puede reducir la tasa de error, un paso prometedor hacia la escalabilidad thequantuminsider.com.) En declaraciones públicas, el liderazgo de Google proyecta un plazo de 5 a 10 años para que la computación cuántica comience a tener impactos reales thequantuminsider.com. Así que, mientras IBM avanza hacia un prototipo de 4,000 cúbits, Google está jugando a largo plazo para lograr una computadora cuántica totalmente tolerante a fallos, incluso si solo tiene decenas de cúbits en el corto plazo.

Quantinuum (la empresa formada por Honeywell y Cambridge Quantum) es otro peso pesado, pero sigue un camino tecnológico diferente: cúbits de iones atrapados. Quantinuum no está persiguiendo miles de cúbits físicos de inmediato: su último sistema de trampa de iones tiene del orden de 50 a 100 cúbits de alta fidelidad, pero han demostrado volumen cuántico récord (una medida de la capacidad general) e incluso crearon 12 cúbits “lógicos” mediante corrección de errores en 2024 thequantuminsider.com. La hoja de ruta de Quantinuum apunta a computación cuántica totalmente tolerante a fallos para 2030, y la empresa enfatiza lograr una fidelidad de “tres nueves” (99.9% de confiabilidad) y avances en cúbits lógicos como pasos clave thequantuminsider.com. Su CEO, Rajeeb Hazra, sostiene que la calidad y el progreso en la corrección de errores desbloquearán un “mercado de un billón de dólares” para la cuántica, y afirma que Quantinuum tiene “la hoja de ruta más creíble de la industria hacia… la computación cuántica tolerante a fallos” thequantuminsider.com. En resumen, el enfoque de Quantinuum es perfeccionar los cúbits y la corrección de errores, aunque eso signifique menos cúbits por ahora, en contraste con la gran apuesta de IBM por escalar y lidiar con el ruido mediante mitigación.

Otro competidor clave, IonQ, también utiliza tecnología de iones atrapados y del mismo modo enfatiza la calidad de los cúbits. El liderazgo de IonQ suele destacar sus “cúbits algorítmicos” – una métrica interna que tiene en cuenta las tasas de error y la conectividad – en lugar de la mera cantidad de cúbits físicos thequantuminsider.com. La hoja de ruta de IonQ apunta a una “ventaja cuántica amplia para 2025”, pero mediante la mejora constante del rendimiento de sus cúbits y la construcción de sistemas modulares de trampas de iones montados en bastidor, no por alcanzar un número específico alto de cúbits thequantuminsider.com. De hecho, IonQ proyecta necesitar solo unas pocas docenas de cúbits de alta calidad para superar a computadoras cuánticas mucho más grandes y ruidosas en ciertas tareas. El ex CEO Peter Chapman predijo que la tecnología de IonQ “será fundamental para la ventaja cuántica comercial,” específicamente enfatizando los cúbits algorítmicos sobre el conteo físico como la clave para aplicaciones útiles thequantuminsider.com. Esta filosofía subraya un debate en el campo: ¿es la computación cuántica un “juego de números” (más cúbits más rápido) o un “juego de calidad” (mejores cúbits aunque escalen más lento)? IBM apuesta por los números (sin perder de vista la calidad), mientras que IonQ está firmemente en el campo de la calidad primero.

Luego está Rigetti Computing, un actor más pequeño en cúbits superconductores. La hoja de ruta de Rigetti ha enfrentado retrasos: esperaban alcanzar los 1,000 cúbits mediante módulos multichip para 2024, pero en la práctica sus sistemas aún están en las decenas de cúbits. A mediados de 2025, Rigetti apunta a un sistema más modesto de más de 100 cúbits para finales de 2025 thequantuminsider.com, enfocándose en mejorar la fidelidad y el rendimiento de las compuertas de dos cúbits en el camino. La empresa ha luchado por mantenerse al ritmo de la rápida escalada de IBM, lo que ilustra lo difícil que es para los recién llegados igualar los recursos y la experiencia de IBM en este ámbito. Aun así, Rigetti y otros contribuyen a la innovación (por ejemplo, Rigetti fue pionera en algunas técnicas tempranas de integración multichip), y destacan que el liderazgo de IBM no es inalcanzable si surgen avances fundamentales (como mejores diseños de cúbits o materiales).

También vale la pena mencionar a D-Wave Systems en este contexto. D-Wave, una empresa canadiense, tiene máquinas de recocido cuántico (un modelo diferente de computación cuántica) con más de 5,000 cúbits hoy en día thequantuminsider.com. Sin embargo, los cúbits de D-Wave están diseñados para resolver problemas de optimización mediante recocido, no para algoritmos cuánticos generales. Logran altos recuentos de cúbits gracias a una arquitectura especializada, pero esos cúbits no pueden ejecutar circuitos cuánticos arbitrarios como los dispositivos de IBM o Google. El CEO de D-Wave, Alan Baratz, ha señalado que su tecnología ya está aportando valor en ciertas aplicaciones (como la optimización de horarios minoristas o el enrutamiento de telecomunicaciones) thequantuminsider.com. La existencia de un sistema D-Wave de 5,000 cúbits es un recordatorio de que no todos los cúbits son iguales: los cúbits de D-Wave son útiles para tareas específicas, pero no son directamente comparables con los cúbits de computadoras cuánticas basadas en compuertas. El objetivo de IBM de más de 4,000 cúbits se refiere a cúbits universales basados en compuertas, lo cual es un desafío mucho mayor en términos de complejidad y capacidad.

En resumen, IBM destaca por escalar agresivamente el hardware de cúbits superconductores y por buscar integrarlo con la computación clásica en un plazo corto. Google se enfoca en hitos de corrección de errores, Quantinuum e IonQ se centran en la fidelidad de los cúbits (con menos cúbits a corto plazo), y empresas como Rigetti van a la zaga con dispositivos más pequeños. Cada enfoque tiene sus méritos. Si IBM tiene éxito, establecerá un estándar alto en el recuento de cúbits y posiblemente logre la ventaja cuántica en tareas útiles antes. Pero si los cúbits son demasiado ruidosos, esos 4,000 cúbits podrían no superar a los 100 cúbits excelentes de un competidor. Los próximos años serán una carrera fascinante entre diferentes filosofías en computación cuántica, y no está garantizado que más cúbits siempre ganen, a menos que se combinen con calidad y software inteligente.

¿Por qué 4,000 cúbits? Aplicaciones potenciales y desafíos

¿Qué podría hacer realmente una computadora cuántica de 4,000 cúbits, si funciona como se espera? Para ponerlo en contexto, las computadoras cuánticas actuales (con decenas o pocos cientos de cúbits) aún no han superado claramente a las computadoras clásicas en ningún problema práctico. IBM y otros creen que al llegar a miles de cúbits, entraremos en la zona donde la ventaja cuántica útil se vuelve posible para ciertas clases de problemas tomorrowdesk.com. Aquí hay algunas aplicaciones e impactos que un sistema de 4,000 cúbits podría desbloquear:

• Química y Ciencia de Materiales: Las computadoras cuánticas son especialmente adecuadas para simular sistemas moleculares y atómicos. Incluso las supercomputadoras clásicas más grandes tienen dificultades para modelar exactamente el comportamiento de moléculas complejas y reacciones químicas. Los investigadores de IBM señalan que “pocos campos obtendrán valor de la computación cuántica tan rápidamente como la química,” porque las máquinas cuánticas pueden manejar de forma nativa la naturaleza cuántica de las interacciones químicas ibm.com. Un sistema de 4,000 cúbits podría potencialmente simular moléculas de tamaño mediano o materiales novedosos con alta precisión, lo que ayudaría en el descubrimiento de fármacos, el desarrollo de nuevos materiales (para baterías, fertilizantes, superconductores, etc.) y la comprensión de procesos químicos complejos. Estos son problemas donde los métodos clásicos llegan a un límite debido a la complejidad exponencial. Para 2025, IBM anticipa que las computadoras cuánticas comenzarán a explorar aplicaciones útiles en ciencias naturales como la química ibm.com.
• Optimización y Finanzas: Muchos problemas del mundo real – desde la logística de la cadena de suministro hasta la optimización de carteras – implican encontrar la mejor solución entre posibilidades astronómicamente numerosas. Las computadoras cuánticas, con algoritmos como QAOA o técnicas de recocido cuántico, ofrecen nuevas formas de abordar ciertos problemas de optimización. Una máquina con miles de cúbits podría manejar instancias de problemas más grandes o entregar soluciones más precisas que los dispositivos actuales. El CEO de IBM, Arvind Krishna, ha sugerido que la computación cuántica permitirá nuevos algoritmos para optimización que las empresas pueden aprovechar, convirtiéndose potencialmente en un diferenciador clave para industrias como finanzas, energía y manufactura thequantuminsider.com. Un sistema de 4,000 cúbits podría, por ejemplo, abordar análisis de riesgo complejos o problemas de optimización de rutas que los algoritmos clásicos no pueden resolver en un tiempo razonable.
• Aprendizaje Automático e IA: Hay una investigación creciente en aprendizaje automático cuántico, donde las computadoras cuánticas podrían acelerar ciertos tipos de tareas de aprendizaje automático u ofrecer nuevas capacidades de modelado. Con miles de cúbits, las computadoras cuánticas podrían comenzar a implementar modelos de redes neuronales cuánticas o realizar subrutinas de álgebra lineal más rápidas que sustentan los algoritmos de ML. IBM, en particular, está considerando el aprendizaje automático como un caso de prueba para aplicaciones cuánticas, esperando que para 2025 las computadoras cuánticas se utilicen para explorar casos de uso de aprendizaje automático junto con el ML clásico, posiblemente mejorando la forma en que reconocemos patrones en los datos u optimizamos modelos de ML ibm.com. Un ejemplo práctico podría ser la selección de características mejorada por cuántica o el agrupamiento en conjuntos de datos complejos, que podrían acelerarse mediante subrutinas cuánticas.
• Investigación científica y “Grandes Desafíos”: Más allá de las industrias objetivo, una supercomputadora cuántica de 4,000 qubits sería una bendición para la ciencia fundamental. Podría usarse para simular escenarios de física de altas energías, optimizar diseños de materiales cuánticos, o incluso explorar cuestiones en criptografía y matemáticas. IBM ha mencionado las ciencias naturales en términos generales – por ejemplo, problemas en física o biología que actualmente son intratables podrían resolverse con un enfoque cuántico híbrido ibm.com. Piense en diseñar catalizadores para la captura de carbono, o analizar sistemas cuánticos en física nuclear – estos son cálculos extremadamente complejos donde una computadora cuántica podría aportar nuevos conocimientos. Los propios investigadores de IBM han señalado aplicaciones en química, optimización y aprendizaje automático como objetivos iniciales para la ventaja cuántica ibm.com.

Esa es la promesa brillante – pero ¿qué hay de los desafíos? Una computadora cuántica de 4,000 qubits enfrentará serios obstáculos:

• Ruido y tasas de error: Los qubits actuales son propensos a errores; se descoheren (pierden su estado cuántico) en microsegundos y las operaciones (“puertas”) entre qubits son imperfectas. Con solo 50-100 qubits, los algoritmos cuánticos solo pueden ejecutar una secuencia muy corta de operaciones antes de que los errores dominen el resultado. Si tienes miles de qubits, el desafío del ruido se multiplica. De hecho, conectar tres chips (como planea IBM) podría introducir aún más errores debido a operaciones entre chips ligeramente más lentas y de menor fidelidad ibm.com. IBM reconoce esto y está diseñando el software de System Two para que sea “consciente” de la arquitectura – por ejemplo, para programar operaciones críticas en el mismo chip y gestionar cuidadosamente las operaciones inter-chip más lentas ibm.com. Sin corrección de errores (que no estará completamente implementada para 2025), IBM dependerá de la mitigación de errores: trucos ingeniosos para reducir el impacto de los errores. Esto incluye técnicas como la cancelación probabilística de errores, donde se introduce intencionalmente ruido extra para aprender sobre el ruido y luego se procesan los resultados clásicamente para cancelar los errores spectrum.ieee.org. Estos métodos son computacionalmente costosos y no perfectos, pero la investigación de IBM sugiere que algunos pueden escalar a dispositivos de este tamaño spectrum.ieee.org. Aun así, gestionar el ruido es el problema central – es la razón por la que las computadoras cuánticas aún no han resuelto problemas del mundo real, y una máquina de 4,000 qubits solo tendrá éxito si IBM puede mantener los errores bajo control lo suficiente como para realizar cálculos profundos.
• Corrección de errores y cúbits lógicos: La solución a largo plazo para el ruido es la corrección de errores cuánticos (QEC), que agrupará muchos cúbits físicos en un cúbit lógico que pueda sobrevivir a los errores. El sistema de 4,000 cúbits de IBM probablemente seguirá operando en el régimen “NISQ” (Quantum Intermedio a Escala Ruidosa), lo que significa que aún no habrá corrección de errores a gran escala; simplemente no habrá suficientes cúbits para corregir completamente los errores de los 4,000. (Para ponerlo en perspectiva, convertir incluso unos pocos miles de cúbits físicos en un puñado de cúbits lógicos podría consumir toda la máquina). Sin embargo, IBM está sentando las bases para la corrección de errores. La empresa ha estado investigando activamente nuevos códigos QEC (por ejemplo, un código LDPC cuántico que es más eficiente en cúbits que los códigos de superficie tradicionales) y decodificadores de errores rápidos thequantuminsider.com. De hecho, IBM amplió recientemente su hoja de ruta hasta 2033, priorizando explícitamente las mejoras en la calidad de las compuertas y el desarrollo de módulos con corrección de errores después de 2025 newsroom.ibm.com. El superordenador de 4,000 cúbits puede verse como un puente: está pensado para ser lo suficientemente grande como para hacer algunas cosas útiles con mitigación de errores, mientras enseña a IBM cómo implementar la corrección parcial de errores a escala. IBM incluso ha anunciado un plan para un prototipo de computadora cuántica tolerante a fallos para 2029 hpcwire.com, lo que indica que la corrección de errores está muy presente en su agenda una vez que se alcance el hito de los 4,000 cúbits. Aun así, lograr cúbits (lógicos) completamente corregidos en errores requerirá órdenes de magnitud más cúbits o una fidelidad de cúbit mucho mejor, probablemente una combinación de ambos.
• Software y herramientas para desarrolladores: Incluso si tienes una máquina cuántica de 4,000 qubits, necesitas software que pueda usarla de manera efectiva. Los algoritmos cuánticos deben ser mapeados en este complejo hardware de múltiples chips. IBM está abordando esto con herramientas como Qiskit Runtime y la arquitectura Quantum Serverless. Estas permiten a un usuario dividir un problema en circuitos cuánticos más pequeños, ejecutarlos en paralelo en diferentes chips cuánticos y unir los resultados con procesamiento clásico ibm.com. Por ejemplo, “circuit knitting” es una de las técnicas que IBM destaca: dividir un circuito grande en partes que quepan en procesadores más pequeños y luego recombinar los resultados de manera clásica ibm.com. Para 2025, IBM planea tener funciones como circuitos dinámicos (donde los resultados de las mediciones pueden influir en operaciones futuras en tiempo real) y supresión de errores incorporada ejecutándose en su plataforma en la nube ibm.com. El reto será hacer todo esto amigable para desarrolladores. IBM quiere que la computación cuántica sea accesible para que científicos de datos y expertos en dominios (no solo doctores en física cuántica) puedan aprovechar esos 4,000 qubits ibm.com. Lograr una buena abstracción – donde un usuario pueda, por ejemplo, llamar a una función de alto nivel para simular una molécula y el sistema determine cómo desplegar los 4,000 qubits para ello – será crucial para la utilidad práctica. El enfoque de IBM aquí es el concepto de middleware cuántico y una “tienda de aplicaciones” de primitivas cuánticas: funciones preconstruidas para tareas comunes como muestreo de distribuciones de probabilidad o estimación de propiedades de sistemas ibm.com. Si tiene éxito, un químico en 2025 podría no necesitar conocer los detalles del hardware; simplemente podría usar el software de IBM para aprovechar la potencia de 4,000 qubits para su simulación.
• Infraestructura física: Escalar a miles de cúbits no es solo un desafío computacional, sino una maratón de ingeniería. Los procesadores cuánticos deben enfriarse a temperaturas de milikelvin, más frías que el espacio exterior. IBM tuvo que diseñar un nuevo refrigerador de dilución (IBM Quantum System Two) que es más grande y modular que los anteriores para acomodar múltiples chips y todo su cableado de control techmonitor.ai. El refrigerador, la electrónica y el cableado se vuelven cada vez más complejos a medida que se agregan cúbits. Miles de cúbits significan miles de líneas de control por microondas, filtrado sofisticado para evitar que el calor y el ruido lleguen a los cúbits, y enormes flujos de datos provenientes de las lecturas de los cúbits. Los ingenieros de IBM han comparado la complejidad de escalar sistemas cuánticos con la de los primeros superordenadores o misiones espaciales. Para 2025, IBM espera haber “eliminado las principales barreras para escalar” mediante hardware modular y la electrónica de control correspondiente ibm.com – pero vale la pena señalar que IBM apenas está alcanzando esas barreras ahora. El System Two en Nueva York es esencialmente un prototipo para gestionar tal complejidad newsroom.ibm.com. IBM también está instalando un System Two en Europa (en colaboración con el gobierno vasco en España) para 2025 tomorrowdesk.com, lo que pondrá a prueba cómo se puede replicar esta infraestructura de vanguardia fuera del propio laboratorio de IBM. El éxito de estas implementaciones será una prueba importante de que la fontanería y el cableado de una supercomputadora cuántica pueden hacerse fiables y mantenibles.

A la luz de estos desafíos, los expertos moderan las expectativas señalando que una máquina de IBM de 4,000 cúbits probablemente será una herramienta altamente especializada. Podría superar a los superordenadores clásicos en problemas específicos (simulaciones de química cuántica, ciertas optimizaciones o tareas de aprendizaje automático como se mencionó), logrando la ventaja cuántica o incluso atisbos de supremacía cuántica en contextos útiles. Sin embargo, no hará que las computadoras clásicas queden obsoletas de inmediato. De hecho, para muchas tareas, los superordenadores clásicos y las GPU seguirán siendo más rápidos o prácticos. La propia hoja de ruta de IBM reconoce esta sinergia: la supercomputadora cuántica está pensada para trabajar con la HPC clásica, cada una haciendo lo que mejor sabe hacer tomorrowdesk.com. Así que debemos ver el sistema de 4,000 cúbits como uno de los primeros verdaderos “aceleradores cuánticos” – algo que usarías junto con la computación clásica para abordar esos problemas realmente difíciles que las máquinas clásicas por sí solas no pueden resolver. Es un paso significativo hacia el sueño final de la computación cuántica tolerante a fallos, pero no es el destino final.

El camino por delante: la hoja de ruta cuántica de IBM más allá de 2025

La supercomputadora de más de 4,000 qubits de IBM es un hito importante, pero es parte de una hoja de ruta más larga que se extiende hasta la década de 2030. IBM ha declarado públicamente que para 2025, con esta supercomputadora centrada en la computación cuántica en funcionamiento, habrán “eliminado algunos de los mayores obstáculos para escalar el hardware cuántico” ibm.com. Pero el desarrollo no se detendrá ahí. En 2025 y más allá, el enfoque de IBM se desplazará cada vez más hacia escalar con calidad – mejorando la fidelidad de los qubits, la corrección de errores y la complejidad de los circuitos que se pueden ejecutar.

De hecho, a finales de 2023, IBM actualizó su Hoja de Ruta de Desarrollo Cuántico hasta 2033. Un objetivo clave: para alrededor de 2026–2027, introducir operaciones cuánticas corregidas por errores en sus sistemas, avanzando hacia “sistemas avanzados corregidos por errores” más adelante en la década newsroom.ibm.com. IBM está priorizando mejoras en la fidelidad de las compuertas (reducción de tasas de error) para que circuitos cuánticos más grandes (con miles de operaciones) sean viables newsroom.ibm.com. Esto sugiere que, después de alcanzar el hito en el número de qubits, IBM redoblará esfuerzos en mejorar cada qubit e integrar la corrección de errores gradualmente. Un ejemplo concreto es el trabajo de IBM en nuevos códigos de corrección de errores como los códigos LDPC cuánticos y algoritmos de decodificación más rápidos, que buscan manejar los errores de manera más eficiente que los códigos de superficie actuales thequantuminsider.com. También se habla de un procesador de IBM con nombre en clave “Loon” alrededor de 2025, destinado a probar componentes de una arquitectura corregida por errores (como módulos para conectar qubits para un código QEC específico) hpcwire.com. Para 2029, IBM aspira a construir un prototipo cuántico tolerante a fallos demostrable, alineándose con competidores como Google en ese objetivo finalhpcwire.com.

En el frente de hardware, es probable que IBM continúe su línea de procesadores con nombres de aves más allá de Kookaburra. La hoja de ruta después de 2025 no es completamente pública, pero IBM insinuó que está explorando sistemas multinúcleo aún más grandes y quizás tecnologías híbridas. Por ejemplo, la visión de IBM de una supercomputadora centrada en lo cuántico eventualmente implica enlaces de comunicación cuántica que pueden conectar clústeres de chips a través de la distancia, no solo en el mismo refrigerador newsroom.ibm.com. Podríamos ver a IBM incorporar interconexiones de fibra óptica u otros métodos para enlazar procesadores cuánticos en diferentes criostatos, similar a una red de área local cuántica. Esto impulsaría hacia decenas de miles o incluso millones de cúbits a largo plazo, lo cual IBM reconoce que será necesario para resolver los problemas más difíciles (y realizar la corrección completa de errores) newsroom.ibm.com, insidehpc.com. En palabras de la propia IBM, su enfoque modular y en red debería permitir escalar hasta “cientos de miles de cúbits” con el tiempo newsroom.ibm.com. El sistema de 4,000 cúbits es esencialmente la primera instancia de una arquitectura de supercomputadora cuántica que puede crecer enlazando más módulos.

La hoja de ruta más amplia de IBM también implica hacer crecer el ecosistema cuántico. La empresa está invirtiendo en educación, asociaciones y accesibilidad en la nube para que, cuando el hardware esté listo, haya una comunidad preparada para usarlo. Por ejemplo, IBM se ha asociado con laboratorios nacionales, universidades e incluso gobiernos regionales (como en Japón, Corea, Alemania y España) para alojar sistemas cuánticos e impulsar el desarrollo local. El plan para desplegar el primer IBM Quantum System Two de Europa en España para 2025 tomorrowdesk.com es parte de esa estrategia: lograr que más personas trabajen directamente con hardware cuántico avanzado. El liderazgo de IBM predice que la computación cuántica se convertirá en un diferenciador clave para los negocios en los próximos años thequantuminsider.com, y quieren estar en el centro de esa economía cuántica emergente.

En conclusión, el proyecto de supercomputadora cuántica de IBM con más de 4,000 cúbits representa un salto histórico en la escala de la computación cuántica. Si tiene éxito, marcará la transición de procesadores cuánticos aislados y experimentales a sistemas cuánticos en red que se acercan al umbral de la utilidad práctica. Este esfuerzo se sitúa en la intersección de la física, la ingeniería y la informática de vanguardia. Es tanto un logro de software como de hardware, requiriendo nuevas formas de gestionar y programar un tipo completamente nuevo de supercomputadora. El mundo observa de cerca, no solo por la cantidad récord de cúbits, sino para ver si IBM puede demostrar resultados útiles con esta máquina que superen lo que pueden hacer las computadoras clásicas.

A mediados de 2025, IBM se encuentra al borde de este logro: el diseño del hardware está en gran parte definido, los prototipos iniciales están en funcionamiento y la empresa corre para integrar todo en una supercomputadora funcional. El éxito no está garantizado, pero el impulso y el progreso hasta ahora son innegables. Incluso los competidores y escépticos estarían de acuerdo en que IBM ha impulsado dramáticamente el campo hacia adelante. Mientras esperamos el debut completo de la supercomputadora cuántica de IBM, una cosa está clara: estamos entrando en un nuevo capítulo de la saga de la computación. Como la propia IBM proclamó, la próxima supercomputadora centrada en la cuántica está lista para convertirse en “una tecnología esencial para quienes resuelven los problemas más difíciles, quienes realizan la investigación más innovadora y quienes desarrollan la tecnología más avanzada” insidehpc.com.

Los próximos años dirán si esa promesa se cumple, pero si la apuesta de IBM resulta, 4,000 cúbits realmente podrían cambiar la computación para siempre – abriendo la puerta a soluciones para problemas que antes creíamos imposibles y anunciando el amanecer de la era de la computación cuántica.

Fuentes:

• IBM Newsroom: IBM Quantum roadmap and 4,000+ qubit system plans newsroom.ibm.com
• IBM Research Blog: Quantum roadmap update for quantum-centric supercomputing (2024) ibm.com
• IBM Quantum Summit 2023 Press Release newsroom.ibm.com
• TechMonitor: IBM presenta supercomputadora cuántica que podría alcanzar 4,000 cúbits para 2025 techmonitor.ai
• IEEE Spectrum: Objetivo de IBM: un procesador de 4,000 qubits para 2025 (análisis de la hoja de ruta y desafíos) spectrum.ieee.org
• InsideHPC: IBM en Think 2022 – visión de la supercomputación centrada en lo cuántico insidehpc.com
• The Quantum Insider: Hojas de ruta de computación cuántica de los principales actores (IBM, Google, IonQ, etc.) thequantuminsider.com
• TomorrowDesk: Resumen del objetivo de supercomputadora cuántica de IBM para 2025 y diseño modular tomorrowdesk.com
• Post-Quantum (blog de la industria): Sobre los qubits necesarios para romper el cifrado RSA-2048 postquantum.com
• TechMonitor: Citas del Dr. Darío Gil de IBM y estadísticas de IBM Quantum Network techmonitor.ai