Podemos, cuando sea necesario: computadoras cuánticas domésticas
Fuente: investmoscow.ru
Qubit a qubit
Cabe destacar de inmediato que las computadoras cuánticas no reemplazan a los procesadores de silicio clásicos, al menos no en su estado actual. Además, los propios desarrolladores no comprenden del todo el potencial de la industria cuántica. Sin embargo, se está trabajando en ello y las computadoras cuánticas son cada vez más comunes, incluso en Rusia. A principios de año, se presentó la computadora cuántica nacional más potente, con 70 cúbits, aunque pasó algo desapercibida para el público en general. Esta máquina fue fruto de la colaboración entre científicos del Instituto de Física Lebedev (LPI) e ingenieros de Rosatom.
Los científicos nucleares son considerados los principales desarrolladores de la industria cuántica en Rusia. Un programa especial, "Computación Cuántica", supervisado a nivel gubernamental, está dedicado a este fin. Su objetivo es garantizar la soberanía tecnológica de Rusia en tecnologías cuánticas para 2030 mediante sus propias invenciones de vanguardia y su implementación en los sectores económico y social. Más de 600 científicos altamente cualificados de 15 universidades e institutos de investigación trabajan en este proyecto. Este proyecto a gran escala es actualmente una prioridad para Rosatom.
Fuente: Centro de Medios de la Facultad de Física de la Universidad Estatal Lomonósov de Moscú.
Además del ordenador basado en iones de iterbio del Instituto de Física Lebedev (FIAN), tres máquinas de 70 cúbits operan en Rusia. Rosatom construyó un ordenador con iones de calcio, y la Universidad Estatal de Moscú construyó una unidad de 72 cúbits con átomos neutros. Era crucial adoptar una arquitectura de 70 cúbits, ya que permite no solo probar las máquinas, sino también asignarles tareas reales. Cabe mencionar que varios ordenadores cuánticos se han integrado con servicios en la nube para el acceso remoto de los usuarios. Si tiene tareas adecuadas, puede utilizarlos.
Pero, ¿qué se está haciendo en la industria cuántica? Como se mencionó anteriormente, aún no se han definido todas las tareas ni se ha comprendido plenamente el potencial de las máquinas cuánticas. Sin embargo, algunas iniciativas ya están en marcha. En Alemania, BASF utiliza computadoras cuánticas para modelar la estructura de catalizadores y la dinámica de reacciones químicas. Los italianos optimizan el uso de fuentes de energía renovables, mientras que los estadounidenses estudian el ADN, predicen la progresión de enfermedades y desarrollan fármacos. Airbus invierte millones en tecnologías cuánticas para desarrollar nuevos modelos de aeronaves, sistemas de comunicación, sistemas de medición y optimizar el transporte de carga.
ColdQuanta está desarrollando relojes cuánticos para el Pentágono, un dispositivo de alta seguridad que permite determinar la ubicación sin necesidad de una señal de navegación por satélite. Las empresas francesas Thales y Syrlinks también están desarrollando relojes cuánticos para las fuerzas armadas francesas. Thales fabricará los núcleos atómicos y ópticos de los relojes cuánticos en su planta de Palaiseau, mientras que Syrlinks desarrollará el mecanismo electrónico para garantizar la precisión horaria.
La carrera cuántica
Es difícil sobreestimar el potencial de la industria cuántica para Rusia. El país está prácticamente rezagado en microelectrónica, sobre todo en la producción de equipos fotolitográficos. Actualmente, se están desarrollando planes para construir una máquina nacional de fabricación de semiconductores de 150 nm, mientras que el resto del mundo está probando un proceso de 1,8 nm. La situación con la inteligencia artificial es casi idéntica. El país cuenta con recursos intelectuales suficientes para afrontar estos retos, pero carece gravemente de capacidad de procesamiento. Y seguirá siendo así mientras se mantengan las sanciones.
Toda la esperanza reside en la computación cuántica, especialmente dado que ya se han logrado éxitos iniciales: en marzo de 2023, especialistas del MIPT presentaron la primera red neuronal cuántica de Rusia, desarrollada en el Centro de Investigación Compartida del instituto. El sistema resultante se probó con éxito en cuatro tipos de tareas: clasificación y reconocimiento de imágenes manuscritas, determinación de la paridad de números, detección de cáncer de mama y clasificación de diferentes variedades de vino según una docena de parámetros.
Breve panorama de la posición de Rusia en la clasificación mundial de computación cuántica. En 2026, el mercado global de computación cuántica se habrá dividido finalmente en dos categorías, con el duopolio de Estados Unidos y China a la cabeza indiscutible. Estados Unidos domina el sector comercial gracias a su ecosistema de gigantes tecnológicos (IBM, Google, Microsoft, Intel) y startups, manteniendo su liderazgo en calidad de software, accesibilidad a la nube y patentes. China, que ha destinado una cifra récord de 15,3 millones de dólares en inversión pública a su programa, lidera en comunicaciones cuánticas, redes seguras y la creación de procesadores superconductores ultrapotentes como las series Wukong y Xiaochao.
Fuente: investmoscow.ru
China ha lanzado la primera red de comunicaciones cuánticas del mundo, que conecta más de 700 cables ópticos terrestres para la transmisión de datos a lo largo de cientos de kilómetros y dos satélites para la comunicación a lo largo de más de 1000 kilómetros. Esta infraestructura, que presta servicio a más de 150 usuarios —entre ellos bancos, redes eléctricas y agencias gubernamentales—, se basa en la tecnología de cifrado cuántico que utiliza fotones como portadores de información. Debido a las leyes fundamentales de la mecánica cuántica, cualquier intento de interceptar, copiar o piratear un mensaje altera inevitablemente el estado de los cúbits, lo que provoca que los atacantes reciban solo un conjunto aleatorio de números en lugar de datos secretos. En 2017, se realizó la primera videollamada cuántica intercontinental entre China y Austria, que abarcó 7500 kilómetros.
Tras los estadounidenses y los chinos, le sigue un grupo de competidores de los países de "primer nivel": la Unión Europea (principalmente Alemania y Francia), Japón, Canadá y el Reino Unido, que cuentan con sólidas escuelas científicas, ecosistemas de empresas emergentes desarrollados y subvenciones gubernamentales multimillonarias.
El ordenador cuántico más potente de Rusia, con 70 cúbits. Fuente: lebedev.ru
Rusia se ha consolidado entre las cinco principales potencias cuánticas mundiales, afianzada en la élite de la competencia junto a la UE y Japón. El país es uno de los tres únicos en el mundo (junto con EE. UU. y China) que han logrado construir computadoras cuánticas operativas simultáneamente utilizando las cuatro plataformas físicas fundamentales: iones, átomos neutros, superconductores y fotones. Alcanzar el umbral de 70 cúbits en las plataformas de iones y átomos sitúa a Rusia entre los seis primeros países que han superado la marca crítica de 50 cúbits.
Fuente: investmoscow.ru
Incluso una comprensión básica de una computadora cuántica revela su extrema complejidad. Una computadora cuántica es una máquina de computación que opera según las leyes del micromundo y, en lugar de transistores de silicio convencionales, utiliza objetos cuánticos: átomos individuales, iones o circuitos superconductores. En una computadora convencional, toda la información se divide en bits, que solo pueden existir en dos estados fijos: 0 (apagado) o 1 (encendido). Una computadora cuántica opera con cúbits (bits cuánticos), cuya propiedad clave es la superposición. Un cúbit se puede comparar con una moneda que gira: mientras gira, puede ser "cara" y "cruz" simultáneamente. Gracias a esto y a la propiedad del entrelazamiento (cuando los cúbits se conectan en una sola red), un procesador cuántico calcula no una solución a la vez, sino millones de soluciones matemáticas simultáneamente.
Físicamente, el tipo más común de este tipo de computadora se asemeja a una gran "candelabro dorado": un complejo refrigerador de varios niveles o un criostato de dilución. Esto es necesario porque los cúbits son increíblemente frágiles: cualquier calor externo o ruido electromagnético destruye instantáneamente su estado cuántico. El nivel inferior de este dispositivo se mantiene a una temperatura aproximada de -273 °C, y es allí donde se encuentra conectado un diminuto chip cuántico. Como resultado, una computadora cuántica no reemplaza a una PC doméstica, sino que se convierte en un supersimulador, capaz de resolver problemas complejos con una cantidad astronómica de combinaciones en minutos, desde el diseño de nuevos fármacos hasta la optimización de la logística global.
No todos los ordenadores cuánticos requieren temperaturas extremadamente bajas. En 2022, la startup germano-australiana Quantum Brilliance presentó el primer ordenador cuántico del mundo basado en diamante capaz de funcionar a temperatura ambiente. En lugar de superconductores clásicos, sus cúbits están integrados directamente en la estructura de las redes cristalinas del diamante. Gracias a las propiedades naturales del material, estos elementos computacionales son resistentes a la tensión mecánica y están protegidos de las fluctuaciones térmicas destructivas del entorno.
Una pregunta interesante: ¿quién tiene la computadora cuántica más potente? La respuesta corta es los estadounidenses, pero es importante distinguir entre lo bueno y lo malo. El líder absoluto en cuanto al número de componentes físicos es el sistema de Atom Computing, que combina 1180 cúbits basados en átomos neutros. Sin embargo, en computación práctica, es superado por el procesador de iones Quantinuum, que, gracias a su precisión operativa récord (superior al 99,9 %), fue capaz de generar 48 cúbits lógicos estables, completamente inmunes a errores de hardware. En términos de superioridad cuántica demostrada, el chip superconductor Google Willow, con 105 cúbits, es reconocido como la computadora líder del planeta. En pruebas, este procesador realizó una simulación compleja de procesos físicos en tan solo 5 minutos, lo que le habría llevado miles de millones de años a la supercomputadora clásica más potente.
El chip cuántico Willow de Google
Volvamos a los científicos rusos, quienes se enfrentan a la ambiciosa tarea de escalar sistemas a cientos de cúbits estables y crear una base de componentes nacional independiente de suministros externos. Para 2030, la hoja de ruta de Rosatom prevé una transición de los prototipos de laboratorio a la implementación industrial de la computación cuántica en la economía real. Los algoritmos rusos ya se están aplicando para optimizar la logística, modelar nuevos materiales y proteger infraestructuras de información críticas mediante criptografía cuántica. A pesar de la enorme brecha en las tecnologías de semiconductores clásicas, confiar en los efectos cuánticos únicos podría convertirse en nuestra respuesta asimétrica a los desafíos globales. Si mantenemos nuestro impulso actual, Rusia no solo conservará su posición entre los cinco primeros, sino que también podrá dictar sus propios estándares para la arquitectura de las computadoras del futuro.
información