Matthias Steffen, físico de IBM: “Casi puedes sentir que estamos llegando a la ventaja cuántica”

Matthias Steffen acabó la carrera de física en la Universidad de Emory (Atlanta) hace 27 años, se doctoró en ingeniería electrónica en Stanford y ha dedicado su vida a la disciplina llamada a explicar la materia y a revolucionar el mundo tecnológico. Se incorporó a IBM en 2006 y, desde hace 15 años, dirige la organización de Tecnologías de Procesadores Cuánticos. Es responsable del diseño, la construcción y las pruebas de sistemas avanzados a gran escala para hacer realidad la ventaja cuántica y la computación tolerante a fallos. Steffen ha anunciado el Quantum Starling, el dispositivo llamado a revolucionar este campo por ser el primer superordenador cuántico a gran escala del mundo.

Pregunta. ¿Qué supone Quantum Starling?

Respuesta. En este campo, todos nos enfrentamos a cómo lidiar con los errores a los que las computadoras cuánticas son muy propensas. Necesitamos encontrar códigos de corrección para suprimir exponencialmente las tasas de error con un ligero aumento de recursos. Lo que ha descubierto nuestro equipo es el LDPC [Low-Density Parity-Check o comprobación de paridad de baja densidad]. Con este y nuevas tecnologías en el hardware [equipamiento], tenemos un plan que nos permite construir Starling, que tendrá 200 cúbits lógicos y podremos hacer 100 millones de operaciones cuánticas en 2029.

P. ¿Se podrá hablar ya de ventaja cuántica, de la resolución de problemas de manera significativamente más rápida o eficiente que cualquier supercomputador clásico conocido?

R. Marcará el comienzo de la resolución de problemas a gran escala. Estamos bastante seguros de que seremos capaces de abordar problemas interesantes que suponen una ventaja cuántica. Ya somos capaces de resolver el estado fundamental de algunas moléculas complejas y competir con los métodos clásicos más conocidos.

P. ¿Una sola unidad de Starling será 20.000 veces más potente que cualquiera de los ordenadores cuánticos existentes?

R. Los códigos de corrección permiten suprimir el error de manera exponencial utilizando pequeños grupos de cúbits físicos y nos permitirá ejecutar 100 millones de puertas. Ese es realmente el verdadero poder. Reducir los errores a algo increíblemente pequeño nos permite ejecutar con 200 cúbits lógicos 100 millones de operaciones.

P. Starling estará operativo en 2029. ¿Se está probando ya algún prototipo?

R. Estamos construyendo pequeñas estructuras prototipo. Este código de corrección de errores en particular requiere un desarrollo de hardware adicional que, hasta principios de este año, no existía. Tenemos múltiples dispositivos de prueba donde hemos acoplado un cúbit a otros seis sin observar ninguna reducción en el rendimiento en comparación con nuestros procesadores de hoy. También se requieren conexiones físicamente largas y de alta calidad, sin una degradación del rendimiento. Además, hemos mejorado la metodología de diseño. Las estructuras de prueba que hemos construido en el laboratorio incorporan todos los componentes probados de forma individual. IBM tiene una larga tradición, no solo con el diseño, sino también con la fabricación de semiconductores y esto es genial.

P. ¿Será accesible Starling a través de la red?

R. Nuestro objetivo es hacer que todos estos dispositivos y sistemas estén disponibles para los clientes.

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P. ¿Combina la inteligencia artificial o es solo tecnología cuántica?

R. La computación cuántica es un método para resolver ciertos problemas. No es la varita mágica para resolver todos los problemas del mundo. Sabemos que hay una ventaja exponencial en el uso correcto de las computadoras cuánticas y esta es la parte realmente emocionante y que encaja muy bien con el resto del modelo de negocio. IBM es una empresa de nube híbrida e inteligencia artificial y la intención aquí es aportar soluciones computacionales a los clientes en forma de nube híbrida y soluciones de IA y cuántica. Nuestra intención es integrar sin problemas todas las tecnologías informáticas.

P. ¿Qué le gustaría que se descubriera gracias a Starling?

R. He estado en este campo 27 años y, aunque la computación cuántica ha existido durante bastante tiempo, han sido en la última década cuando se ha pasado de los experimentos de física a la ingeniería. Ha sido un viaje absolutamente increíble. Algunos de los experimentos recientes se acercan a la ventaja cuántica. Casi puedes sentir que estamos llegando. Lo que me encantaría ver en este camino de llevar los dispositivos a la realidad es ver alguna aplicación relacionada con la química, que es algo que ya hemos estado haciendo, para que podamos hallar nuevos compuestos para el tratamiento de enfermedades.

P. Starling supone adelantar la hoja de ruta marcada por IBM hacia la computación cuántica efectiva y tolerante a fallos casi en media década

R. El descubrimiento del LDPC, que requiere muchos menos cúbits, realmente ayuda a reducir la sobrecarga de ingeniería frente a tener que construir algo con 20 millones de cúbits. Producir este tipo de estructuras es increíblemente difícil. Se necesitaba reducir el número de cúbits desde una perspectiva de rendimiento y hacerlo modular. Otra cosa que ha permitido acelerar la ruta es que, ahora, podemos pasar del diseño a la prueba de un dispositivo, incluso con estructuras muy complicadas, en cuestión de meses. Y también que IBM tiene décadas de experiencia en la fabricación de semiconductores.