Comienza a funcionar el ordenador cuántico más potente del mundo

La primera supercomputadora exaescalar de Europa acaba de batir un récord mundial en computación cuántica, simulando por primera vez un ordenador cuántico universal completa de 50 qubits. Esta hazaña lleva la computación clásica a sus límites físicos y marca un hito en el desarrollo de algoritmos mucho antes de que lleguen las máquinas cuánticas maduras.

Este avance es obra de científicos del Centro de Supercomputación de Jülich (JSC), en colaboración con especialistas de NVIDIA. El récord supera la marca anterior de 48 qubits, también establecida por el mismo centro, y demuestra las inmensas capacidades del nuevo sistema JUPITER, inaugurado en septiembre.

Las simulaciones con ordenadores cuánticos sirven como banco de pruebas para las tecnologías cuánticas del futuro y permiten a los científicos explorar métodos de modelado molecular como el Solucionador Variacional de Autovalores Cuánticos (VQE) y enfoques de optimización como el Algoritmo de Optimización Aproximada Cuántica (QAOA), mucho antes de que los procesadores cuánticos puedan ejecutarlos de forma fiable.

Sin embargo, simular circuitos cuánticos en máquinas clásicas es extremadamente difícil. Cada qubit adicional duplica los requisitos de memoria y computación, lo que genera un crecimiento exponencial que rápidamente sobrepasa incluso la capacidad del hardware más avanzado.

Los ordenadores cuánticos difieren fundamentalmente de las clásicas en su procesamiento de información. Las convencionales utilizan bits binarios, que son 0 o 1, mientras que las cuánticas utilizan bits cuánticos o cúbits, que pueden existir en múltiples estados simultáneamente gracias a los principios de superposición y entrelazamiento. Esta capacidad de procesar múltiples posibilidades a la vez es lo que les confiere su increíble velocidad y potencia computacional.

Por ejemplo, mientras que los ordenadores clásicos realizan tareas de forma secuencial, las cuánticas pueden realizar muchos cálculos en paralelo. Por ello, los sistemas cuánticos tienen el potencial de resolver ciertos problemas mucho más rápido que los ordenadores clásicos.

Una de las ventajas más significativas de las supercomputadoras cuánticas es su capacidad para procesar una cantidad exponencialmente mayor de información. En ciertos tipos de problemas, un ordenador cuántico podría, teóricamente, superar a las supercomputadoras clásicas más rápidas por órdenes de magnitud: lo que a un ordenador cuántico le cuesta menos de 10 minutos, la supercomputadora más rápida de la actualidad necesitaría 5.000.000.000.000.000.000.000.000 años.

“Actualmente, solo las supercomputadoras más grandes del mundo ofrecen esa capacidad”, explica Kristel Michielsen, autora del estudio publicado en Arxiv -. Este caso práctico ilustra la estrecha interrelación que existe hoy en día entre el progreso en la computación de alto rendimiento y la investigación cuántica”.

En el ordenador cuántico JUQCS-50, cada puerta cuántica afecta a más de 2 cuatrillones de números complejos, todos sincronizados en miles de nodos de computación. Esta escala hacía que las simulaciones anteriores fueran prácticamente imposibles.

El JUQCS-50, aprovecha la arquitectura de memoria híbrida de los superchips NVIDIA GH200, transfiriendo temporalmente datos de la GPU a la memoria de la CPU con una mínima pérdida de rendimiento. Al mismo tiempo, un nuevo método de compresión de codificación de bytes reduce la demanda de memoria en un factor de ocho, mientras que un algoritmo dinámico optimiza continuamente la transferencia de datos entre más de 16.000 superchips durante la simulación.

“Con JUQCS-50, podemos emular supercomputadoras cuánticas universales con alta fidelidad y abordar problemas que ningún procesador cuántico actual puede resolver”, añade Hans De Raedt, coautor del estudio.