Desde finales de la década pasada, los avances en computación cuántica han sido prometedores. Esta tecnología, cuando se domina, promete resolver problemas muy complejos mucho más rápido que con la informática tradicional. Muchas empresas tecnológicas están investigando en un sector que se presenta con un potencial muy alto. Algunos de ellos ya quieren preparar a sus clientes para esta revolución.
Este es el caso de Intel, que presentó la versión 1.0 de su kit de desarrollo de software llamado Quantum SDK el 28 de febrero de 2023. Es una herramienta de computación cuántica que brinda a los desarrolladores un entorno de trabajo que pueden personalizar. Para la firma de Pat Gelsinger, el objetivo es alentar a los desarrolladores a dar el salto cuántico para que puedan codificar y probar sus soluciones.
Un simulador de computadora cuántica para un enfoque híbrido
Usando una computadora convencional, un desarrollador podrá lanzar el kit de desarrollo de software y así beneficiarse de la tecnología cuántica desarrollada por la empresa. Anne Matsuura, directora de aplicaciones y arquitectura cuántica de Intel Labs dice que esta solución ” ayudará a los desarrolladores a aprender a crear algoritmos cuánticos y aplicaciones en simulación “. Intel ofrece un entorno de ejecución para probar multitud de algoritmos cuánticos, pero también aquellos llamado híbrido o clásico cuántico. Como dice James Clark, director de Quantum Hardware, la empresa ” prevé un futuro híbrido para la supercomputación cuántica y clásica “.
Si bien los avances en el sector son claros, aún no permiten trabajar completamente en la cuántica. Actualmente, los desarrolladores que deseen trabajar en este entorno deben obtener máquinas adecuadas. Estos explotan un número relativamente pequeño de qubits, la unidad elemental de la computación cuántica. Cuantos más qubits tenga una máquina, más rápido podrá transportar información y realizar tareas. Al aumentar la cantidad de qubits, los diseñadores de estas computadoras también intentan reducir la cantidad de errores que cometen. Un qubit que comete un error puede ser reemplazado por otro que no contiene información.
Empresas como IBM buscan expandir la capacidad de almacenamiento de información en sus máquinas. La compañía especializada en informática promete más de mil qubits este año, y más de cuatro mil en 2025 en sus dispositivos, lo que constituiría un récord. Por otro lado, Intel tiene otra estrategia. En lugar de multiplicar qubits, prefiere trabajar con menos unidades de almacenamiento, incluso si eso significa utilizar componentes informáticos convencionales para complementar los de la máquina cuántica. En última instancia, el objetivo es ofrecer un qubit que cometa pocos o ningún error, llamado qubit lógico.
A principios de 2022, fueron Alice & Bob quienes presentaron su innovador proyecto de computadora cuántica basada en qubits perfectos. El gigante americano se inclina más por el diseño de este tipo de máquinas.
Según la topología de la red (lineal, en escalera, en cuadrícula) y la cantidad de qubits utilizados, notamos que la cantidad de errores aumenta si la red no tiene nodos soldados y la cantidad de qubits aumenta. Gráfico: Impacto de la conectividad qubit en el rendimiento del algoritmo cuántico / Intel.
Quantum SDK, un puente entre la computación clásica y la computación cuántica
La versión 1.0 de Quantum SDK incluye una interfaz de programación basada en C++. Para Intel, el objetivo era proporcionar un lenguaje de programación que fuera popular y permitiera una fácil transición de la computación clásica a la computación cuántica. De manera similar, un desarrollador de computación cuántica puede colaborar con un desarrollador que trabaja en un entorno clásico para compartir su trabajo.
Se ofrecen dos back-ends o modos de uso a los codificadores. El primero es el simulador Intel Quantum (IQS) que permite utilizar el kit de desarrollo de software como un simulador de qubit genérico de código abierto. Su capacidad de almacenamiento es de 32 qubits si se concentra en un único nodo de la red informática. Se puede aumentar a 40 qubits si la información navega por varios nodos de la red.
El segundo es un back-end que simula el hardware qubit de punto cuántico de Intel. Está ahí de una tecnología desarrollada por la empresa americana y que explota el qubit con espín electrónico sobre el silicio. Esta unidad elemental se parece mucho a un transistor, uno de los componentes electrónicos producidos en masa por Intel. La firma espera poder transponer completamente esta tecnología a la tecnología cuántica y afirma, de momento, haber obtenido muy buenos resultados en un contexto híbrido.
A la izquierda están los dos sistemas actuales utilizados por Intel en Quantum SDK. A la derecha, los planes futuros de Intel en torno a su solución. La compañía planea fusionar los dos back-end en uno solo y confiar en hardware 100% cuántico. Ilustración: Intel.
Con este nuevo software, los desarrolladores pueden determinar todas las funciones necesarias para la arquitectura del sistema de su computadora cuántica. Los usuarios pueden comparar archivos de compilación : Esta práctica es común en la computación clásica. Permite a los desarrolladores analizar la optimización de un algoritmo en el compilador, permitiendo el programa procesar el algoritmo recién codificado.
Varias características adicionales refuerzan el lado híbrido de Quantum SDK. El estándar LLVM, un marco desarrollado para optimizar el código en tiempo de compilación, también está disponible. Cuando un desarrollador quiere compilar su código, el proceso puede no funcionar porque el lenguaje tiene errores. El estándar LLVM tiene como objetivo identificar algunos de los errores más comunes para que puedan ser corregidos. Esta infraestructura se ha ampliado con extensiones personalizadas para que pueda adaptarse a la computación cuántica. Otras adiciones permiten a los desarrolladores integrar los resultados de los algoritmos cuánticos y, por lo tanto, codificados en #Q, por ejemplo, en su proyecto codificado inicialmente en C++.
Intel quiere construir un ecosistema cuántico
Con el lanzamiento de su nueva herramienta, Intel quiere demostrar que está comprometida con el avance en el campo de la computación cuántica, por supuesto, pero no solo. ” SDK cuántico […] también impulsará la industria mediante la creación de una comunidad de desarrolladores que acelerará el desarrollo de aplicaciones, para que estén listos cuando el hardware cuántico de Intel esté disponible “dice Anna Matsuura.
la empresa ha decidido otorgar varias becas en cinco universidades, la Universidad de Pensilvania, la Universidad Estatal de Ohio y la Universidad Estatal de Pensilvania en los Estados Unidos, la Technische Hochschule Deggendorf en Alemania y la Universidad de Keio en Japón. Esta financiación permitirá a las instituciones desarrollar cursos dedicados a la computación cuántica. Estos programas luego se compartirían con otras universidades para formar una red entre universidades, investigadores y estudiantes. Todo este ecosistema podrá usar el kit de desarrollo. Los diferentes actores también podrán discutir cómo lo utilizan, los resultados que obtienen y las posibles mejoras que pueden realizar por su cuenta.
Por ejemplo, el kit de desarrollo se entregó a investigadores de la Technische Hochschule Deggendorf. El objetivo era demostrar que el cuanto podría identificar soluciones a un importante problema de dinámica de fluidos para hidrodinámica y aerodinámica. En los próximos meses, otros institutos de investigación tendrán acceso a la herramienta para explotar las fortalezas de la computación cuántica en su trabajo.
Para James Clarke, en cinco años podremos manipular varios miles de qubits y habremos logrado llegar al qubit lógico. Pero incluso llegando a él, será necesario generar más de uno para introducirlo con éxito en un enfoque comercial. “. Como muchos estudiosos creen, la computación cuántica estaría a punto de experimentar una travesía del desierto. Para evitar el invierno cuántico, los actores de la industria tienen todos los incentivos para encontrar aplicaciones que puedan comercializarse y usarse a escala.