Todo parece indicar que 2018 será el año en que se alcanzará la denominada  “Supremacía Cuántica”. Este término fue acuñado por Google para designar el momento en que un computador cuántico superará la capacidad de cualquier supercomputador actual. IBM, a su vez lo llama “Ventaja Cuántica”. En términos generales, esto significa que una computadora cuántica puede resolver un problema que el superordenador actual más grande no puede resolver en un tiempo aceptable.

La idea de construir un computador cuántica comenzó en la década de 1980, y hoy en día ya hay varios de ellos en funcionamiento. La mayoría se encuentran en una fase de pruebas pero algunos ya están en el mercado. Sin embargo, el punto de Supremacía Cuántica todavía no se ha alcanzado.

En estos dos últimos años, estamos siendo testigos de una auténtica carrera tecnológica entre varias multinacionales y algunas pequeñas empresas por construir un computador que puede mostrar Supremación Cuántica. Todos quieren ser los primeros en llegar a ese punto.

A partir de ese momento, la Computación Cuántica se convertiría en una herramienta muy útil para la investigación y para el mundo empresarial y por supuesto, abriría nuevas líneas de negocios en muchos escenarios.

A continuación, veremos las empresas que están más involucradas en el campo de la computación cuántica y un breve resumen de lo principal que están haciendo.

IBM

IBM, el Gigante Azul,  presentó su procesador  en Diciembre de 2017 su útlimo procesador cuántico, que opera ya con 20 qubits y anunció que estaba trabajando con un procesador de 50 qubits en modo prototipo.

IBM ha desarrollado varias herramientas para acceder a sus procesadores cuánticos. La denominada “IBM Quantum Experience”, tiene como elemento central el “Composer”, que es una herramienta visual muy intuitiva para la creación de circuitos cuánticos. Con el composer se pueden diseñar programas para procesadores cuantico reales de 5 qubits y para los simuladores. Todos de acceso público a través de IBM Quantum Experience.

Los simuladores de IBM que están disponibles en el Cloud tienen un límite de 20 qubits.
Además IBM ha creado una pila de software denominada QISKit (Quantum Information Software Kit) que engloba el lenguaje de bajo nivel QASM (Quantum Assembler) y un SDK en Python que permite la creación de programas con este lenguaje. También incluye un cliente Python.

Computador Cuantico de 20 Qubits de IBM

Rigetti

Rigetti Computing es una compañia fundada en 2013 por Chat Rigetti. Está ubicada en Berkley, California y tiene aproximadamente unos 80 empleados y actualmente, por sus avances en el diseño y la construcción de su procesador cuántico está considerada como una de las compañias líderes en el campo de la computación cuántica.

Rigetti ha desarrollado un procesador de 19 Qubits denominado 19Q, y además ha creado un entorno de desarrollo que permite interaccionar con el procesador y ejecutar instrucciones y programas sobre él.

Chip de 19 Qubits de Rigetti

El procesador cuántico de Rigetti es un procesador de propósito general basado en qubits superconductores, su nombre clave es “Acorn” y aunque se anuncie como de 19 qubits, fisicamente está formado por 20 qubits, pero porun defecto de fabricación el qubit 3 no es operable, por eso se considera que tiene 19 qubits y no 20. Además hay que añadir que de estos 19 qubits tan solo 16 son realmente operativos, ya que los qubits 2, 15, y 18 no se pueden utilizar a nivel de programación.

Intel

En 2017, Intel anunció un chip de 17 qubits en el que ha trabajado conjuntamente con QuTech. A principios de 2018 ha presentado un prototipo de 49 qubits que todavía está en desarrollo y cuyo nombre clave es ”Tangle Lake”.
Tangle Lake consta de 49 qubits y 108 conectores de radio frecuencia que transmiten señales de microondas para operar con los bits cuánticos. Los conectores están hechos de oro. Se ha elegido este material por su baja corrosión y su alto nivel de transmisión de la señal.

Algunos de los procesadores cuánticos de Intel

Intel también utiliza qubits de superconducción construidos con Niobio y Aluminio y como todos los demás para operar en regimen de superconducción debe trabajar con temperaturas cercanas al cero absoluto, del orden de 20 milikelvins. El chip cuántico se ubica sobre un substrato de silicio que proporciona resistencia mecánica y capacidad de transmisión de la señales de radiofrecuencia y microondas entre el chip y la electrónica del sistema.

Sin embargo, Intel está invirtiendo en dos lineas de investigación, por un lado los qubits superconductores en los que están trabajando otras grandes compañias como IBM, D-Wave o Google y con los que ha desarrollado los prototipos de 17 y 49 qubits mencionados, y por otro lado qubits de ”spin on silicon”, o qubits de spin, que están basados en el control del spin de un electrón sobre un dispositivo de silicio, y que a merced de los últimos avances en su investigación parecen ser muy prometedores.

Google

Google ha mostrado en 2018 su último chip cuántico llamado ”Bristlecone” que consta de 72 qubits. A pesar del número de qubits, y debido a la tasa de error y al nivel de conectividad entre ellos, Bristlecone no ha conseguido la anunciada Supremacia Cuántica.

Bristlecone, el procesador cuántico de Google con 72 qubits con el que Google planea alcanzar la Supremacia Cuántica.

El procesador de Google está basado también en qubits de superconducción, y el objetivo es demostrar la supremación cuántica. Para ello están diseñando un conjunto de pruebas que llevarán a cabo a lo largo de 2018.

Bristlecone escala la tecnología utilizada por Google en anteriores procesadores con tecnologías de arrays lineales de 9 qubits, y con ratios de error del 0,1% para puertas lógicas de 1 qubit y del 0,6% para las puertas de 2 qubits. La arquitectura de Bristlecone consta de 12 celdas unitarias de 6 qubit cada una.

Por otro lado, en el campo de software, Google anunción en Octube de 2017 el lanzamiento de OpenFermion, una plataforma de código abierto para plasmar problemas en química y ciencia de materiales sobre circuitos cuánticos que se pueden ejecutar en plataformas existentes. OpenFermion permite simular sistemas de electrones con interacción que dan lugar a las propiedades de la materia.

Aunque el proyecto OpenFermion comenzó en Google, diversas empresas e instituciones han contribuido ya en las versiones alfa: ETH Zurich, Lawrence Berkeley National Labs, la Universidad de Michigan, la Universidad de Harvard, la Universidad de Oxford, Dartmouth College, Rigetti Computing y la NASA.

D-Wave

D-Wave es la primera empresa que comenzó a comercializar computadores cuánticos ya en 2011 con su D-Wave One y que contaba ya por entonces con 128 qubits. En enero de 2017 presento su último computador el D-Wave 2000Q que consta de 2048 qubits.

Ordenadores Cuánticos de D-Wave. El último modelo D-Wave 2000Q cuanta con 2000 Qubtis que aunque son capaces de resolver problemas de optimización, todavía no han demostrado Supremacía Cuántica.

Sin embargo el enfoque de D-Wave es el de computación cuántica adiabatica. D-Wave ejecuta un algoritmo capaz de resolver problemas de optimización de forma efectiva.

Al igual que la mayorái de fabricantes, D-Wave utiliza qubits de superconducción convenientemente aislados de influencias magnéticas y a una temperatura de 15 mK aprox. No utiliza un mecanismo de corrección de errores y ha suscitado algunos debates entre la comunidad técnica por la poca información técnica hecha publica sobre su funcionamiento interno.
D-Wave proporciona APIs de programación en C/C++, Python y Matlab.

Microsoft

Microsoft comenzó sus investigaciones en computación cuántica en el año 2000, y distintamente a lo que hacen la mayoria con qubits de superconducción,

El grupo de investigación en Computación Cuántica de Microsoft ha adoptado un enfoque de computación cuántica topológica basada en utilizar fermiones de Majorana, que fueron descubiertos en 2012. Lo cierto es que si Microsoft finalmente es capaz de manejar fermiones de Majorana, estaría en una ventajosa posición puesto que simplificaria mucho el tema de la corrección de errores.

Alexei Kitaev propuso en el año 2000, trabajando en Microsoft, que la cuasi-partícula de Majorana podría utilizarse para crear un qubit ”Topológicamente protegido”. Esto puede llevarse a cabo mediante un sistema de efecto Hall cuántico fraccionario.
Microsoft ha creado un equipo denominado ”Station Q” dirigido por Michael Freedman y ha creado un grupo de investigación en la Universidad de Copenhagen dirigido por el profesor Charles M. Marcus, para el desarrollo de su tecnología cuántica topológica.

Sin embargo, hasta la fecha Microsoft ha venido trabajando con simuladores basados en procesadores Intel con extesiones AVX, y se ha centrado en la creación de lenguajes de programación de alto nivel.

Microsoft ha estado trabajando en un lenguaje denominado Liquid, pero en diciembre de 2017 presentó su nueva propuesta: el lenguaje Q#, que se integra en su suite de programación Visual Studio y será el lenguaje de programación de alto nivel para programación cuántica.