IBM construye una nevera cuántica

IBM ha anunciado un importante avance en el desarrollo del hardware para los futuros ordenadores cuánticos. En las instalaciones de la compañía en Poughkeepsie (estado de Nueva York, EE. UU.), los ingenieros han combinado dos módulos criogénicos —equipos que generan temperaturas ultrabajas— en un único sistema. Después lo han enfriado por debajo de los 15 milikelvin, es decir, hasta unos 0,015 grados por encima del cero absoluto.

El cero absoluto es la temperatura mínima posible en teoría: −273,15 °C. No se puede alcanzar en la realidad, pero los ordenadores cuánticos con cúbits superconductores tienen que funcionar muy cerca de ese límite. Según IBM, la temperatura alcanzada es más de 180 veces inferior a la del espacio profundo.

La compañía considera que el experimento es un hito en el camino hacia IBM Quantum Starling, un ordenador cuántico tolerante a fallos que IBM espera construir para 2029. La tolerancia a fallos significa que el sistema podrá detectar y corregir los errores inevitables al trabajar con frágiles estados cuánticos.

Actualmente, IBM enfría los cúbits superconductores en criostatos cilíndricos altos. Cada uno alberga un procesador, y con este diseño están construidos los sistemas IBM Quantum System One que ya funcionan. El nuevo desarrollo no sustituye la unidad de refrigeración: los ingenieros han cambiado el propio recipiente. En lugar de un cilindro, se utilizan celdas criogénicas rectangulares hechas con paneles y una estructura de aluminio. Cada una tiene aproximadamente el triple de tamaño que una nevera de cocina normal.

La forma rectangular no responde a una cuestión de diseño que nadie vaya a ver. Estos módulos se pueden colocar uno junto a otro, mientras que los recipientes cilíndricos necesitan espacio entre ellos. Las aberturas laterales permiten pasar cables cuánticos de una celda a otra. Varias capas de protección térmica forman lo que se conoce como un túnel criogénico protegido: la conexión entre procesadores se mantiene fría y las señales no tienen que salir a un entorno cálido para regresar después a la zona refrigerada.

IBM ha demostrado que dos módulos de refrigeración antes independientes pueden funcionar como un único espacio a baja temperatura. Cada celda dispone de 0,53 metros cuadrados para el cableado y de 2,75 metros cúbicos de volumen en la cámara de vacío. Según la estimación de la compañía, ofrece hasta 12 veces más espacio para cables que los sistemas IBM más comunes.

El problema no es que falten cúbits en el cartel publicitario. Cada cúbit superconductor que se añade necesita líneas de control y lectura que deben llegar hasta la zona fría. Cada línea aporta calor y el recipiente cilíndrico alcanza bastante rápido el límite de su sección transversal. Como resultado, el espacio para el cableado se convierte en un cuello de botella antes de que se agoten los propios cúbits.

El nuevo diseño debería ayudar a ampliar los procesadores cuánticos conectados entre sí. IBM ya había mostrado más de 1.000 cúbits físicos en un solo chip: el procesador Condor alcanzó esa cifra en diciembre de 2023. Pero tener una cantidad determinada de cúbits físicos no significa que se puedan controlar plenamente y realizar cálculos útiles con ellos.

El objetivo de IBM para 2027 es disponer de cúbits programables distribuidos entre varios chips y conectados entre sí. Eso es mucho más complejo que limitarse a aumentar el número de elementos en un mismo chip. La compañía reconoce que el plan de crear un sistema tolerante a fallos para 2029 sigue siendo extremadamente ambicioso. Aun así, la demostración de la nueva arquitectura criogénica muestra que IBM intenta resolver no solo la cuestión de «añadir más cúbits», sino también otra mucho más prosaica: encontrar sitio para todos los cables necesarios sin calentar el contenido cuántico.