En su conferencia inaugural IBM Quantum Developer Conference, IBM acaba de anunciar avances en hardware y software cuánticos para ejecutar algoritmos complejos en computadoras cuánticas IBM con niveles récord de escala, velocidad y precisión.
IBM Quantum Heron, el procesador cuántico de mayor rendimiento de la compañía hasta la fecha y disponible en los centros de datos cuánticos globales de IBM, puede ahora aprovechar Qiskit para ejecutar con precisión ciertas clases de circuitos cuánticos con hasta 5.000 operaciones de puerta de dos qubits. Los usuarios pueden ahora utilizar estas capacidades para ampliar la exploración del modo en que las computadoras cuánticas pueden abordar problemas científicos relacionados con los materiales, la química, las ciencias de la vida, la física de altas energías y otros.
Esto continúa la consecución de hitos en la hoja de ruta de desarrollo cuántico de IBM, y hace avanzar aún más la era de la utilidad cuántica a medida que IBM y sus socios progresan hacia la ventaja cuántica y el sistema avanzado de IBM con corrección de errores previsto para 2029.
Las mejoras combinadas de IBM Heron y Qiskit pueden ejecutar determinados circuitos cuánticos Ising de patadas en espejo de hasta 5.000 compuertas, que es casi el doble del número de compuertas que se ejecutan con precisión en la demostración de utilidad cuántica de IBM para 2023. Este trabajo amplía aún más el rendimiento de los ordenadores cuánticos de IBM más allá de las capacidades de los métodos de simulación clásica de fuerza bruta. La prueba de la utilidad de 2023, publicada en Nature, demostró los resultados de velocidad en términos de tiempo de procesamiento, por punto de datos, que ascendió a 112 horas. El mismo experimento, con los mismos puntos de datos, se ejecutó en el último procesador IBM Heron y puede completarse en 2,2 horas, es decir, 50 veces más rápido.
IBM ha seguido desarrollando Qiskit hasta convertirlo en el software cuántico de mayor rendimiento del mundo para que los desarrolladores puedan construir más fácilmente circuitos cuánticos complejos con estabilidad, precisión y velocidad. Así lo demuestran los resultados recopilados y publicados en arXiv.org utilizando Benchpress, una herramienta de evaluación comparativa de código abierto que IBM utilizó para medir Qiskit a través de 1.000 pruebas, en su mayoría de terceros, y descubrió que era el kit de desarrollo de software cuántico de mayor rendimiento y fiabilidad frente a otras plataformas seleccionadas.
«Los avances en nuestro hardware y Qiskit están permitiendo a nuestros usuarios crear nuevos algoritmos en los que los recursos avanzados de supercomputación cuántica y clásica pueden unirse para combinar sus respectivos puntos fuertes», declaró Jay Gambetta, Vicepresidente de IBM Quantum. «A medida que avancemos en nuestra hoja de ruta hacia los sistemas cuánticos con corrección de errores, los algoritmos descubiertos hoy en distintos sectores serán clave para materializar el potencial de resolución de nuevos problemas que ofrece la convergencia de QPU, CPU y GPU.»
Nuevas herramientas de software para avanzar en el desarrollo de algoritmos de nueva generación
La plataforma IBM Quantum está ampliando aún más las opciones con nuevos servicios Qiskit, como las capacidades basadas en IA generativa y el software de los socios de IBM, lo que permite a una creciente red de expertos de distintos sectores crear algoritmos de nueva generación para la investigación científica.
Esto incluye herramientas como Qiskit Transpiler Service para impulsar la optimización eficiente de circuitos cuánticos para hardware cuántico con IA; Qiskit Code Assistant para ayudar a los desarrolladores a generar código cuántico con modelos de IA generativa basados en IBM Granite; Qiskit Serverless para ejecutar enfoques iniciales de supercomputación centrados en el quantum a través de sistemas cuánticos y clásicos; y el Catálogo de Funciones IBM Qiskit para poner a disposición servicios de IBM, Algorithmiq, Qedma, QunaSys, Q-CTRL y Multiverse Computing para capacidades como la reducción de la gestión del rendimiento del ruido cuántico, así como la abstracción de las complejidades de los circuitos cuánticos para simplificar el desarrollo de algoritmos cuánticos.
«El algoritmo de mitigación de errores de red tensorial (TEM) de Algorithmiq, disponible a través del catálogo de funciones IBM Qiskit, ofrece una mitigación de errores de última generación para circuitos a escala de servicios públicos, aprovechando los pasos hacia enfoques de supercomputación cuántica, y proporcionando el tiempo de ejecución cuántica más rápido que hemos ofrecido hasta ahora a los usuarios», afirma Matteo Rossi, director de tecnología de Algorithmiq. «Con los recientes avances que hemos logrado para combinar los ordenadores cuánticos con el posprocesamiento en las GPU, estamos ampliando las capacidades de TEM para que admita circuitos con hasta 5.000 puertas cuánticas enredadas, un hito para escalar los experimentos cuánticos y abordar problemas complejos. Esto podría abrir la puerta a simulaciones y cálculos cuánticos antes restringidos por limitaciones de ruido.»
«Los avances en el hardware y el software cuánticos de IBM son fundamentales para la misión de Qedma de crear servicios que permitan a nuestros usuarios ejecutar los circuitos cuánticos más largos y complejos», declaró Dorit Aharonov, Directora Científica de Qedma. «En combinación con nuestros propios logros en la mitigación de errores, que ofrecemos a través del servicio de Qedma en el Catálogo de Funciones IBM Qiskit, esperamos impulsar nuestra misión de permitir a los usuarios globales construir algoritmos con los sistemas cuánticos actuales – y lograr resultados cada vez más precisos de valor científico.»
Qiskit impulsa la integración cuántica y clásica hacia el futuro de la computación
Como próxima evolución de la computación de alto rendimiento, la visión de IBM de la supercomputación centrada en la cuántica aspira a integrar ordenadores cuánticos y clásicos avanzados que ejecuten cargas de trabajo paralelas para desmenuzar fácilmente problemas complejos con software de alto rendimiento, permitiendo que cada arquitectura resuelva las partes de un algoritmo para las que es más adecuada. Este software se está diseñando para reconstruir problemas de forma rápida y sin fisuras, lo que permite ejecutar algoritmos inaccesibles o difíciles para cada paradigma informático por separado.
RIKEN, un instituto nacional de investigación científica de Japón, y Cleveland Clinic, un importante centro médico académico e institución de investigación biomédica que cuenta con un IBM Quantum System One in situ y a escala comercial, están explorando algoritmos para problemas de estructura electrónica fundamentales para la química.
Estas iniciativas representan los primeros pasos hacia enfoques de supercomputación centrados en la cuántica para modelar de forma realista sistemas químicos y biológicos complejos, una tarea que históricamente se creía que requería ordenadores cuánticos tolerantes a fallos.
Los primeros ejemplos de este tipo de flujos de trabajo son métodos basados en el procesamiento clásico paralelo de muestras individuales desde ordenadores cuánticos. Basándose en técnicas anteriores, como el método QSCI de QunaSys, los investigadores de IBM y RIKEN han llevado a cabo diagonalizaciones cuánticas basadas en muestras en entornos de supercomputación centrados en la cuántica, que hacen uso del hardware cuántico para modelizar con precisión la estructura electrónica de los sulfuros de hierro, un compuesto muy presente en la naturaleza y en los sistemas orgánicos. Ahora disponible como servicio Qiskit desplegable, esta misma técnica está siendo aprovechada por Cleveland Clinic para explorar cómo podría utilizarse para implementar simulaciones cuántico-céntricas de interacciones no covalentes: enlaces entre moléculas que son esenciales para muchos procesos de la ciencia química, biológica y farmacéutica.
«Esta investigación es un ejemplo de lo que hace que nuestra asociación de investigación tenga éxito: reunir las tecnologías de última generación de IBM con la experiencia de renombre mundial de Cleveland Clinic en asistencia sanitaria y ciencias de la vida», dijo Lara Jehi, MD, Directora de Información de Investigación de Cleveland Clinic. «Juntos, estamos superando los límites científicos tradicionales utilizando tecnología de vanguardia como Qiskit para avanzar en la investigación y encontrar nuevos tratamientos para pacientes de todo el mundo.»
«Con nuestros socios de IBM, pudimos aprovechar su avanzado algoritmo de estructura electrónica de computación cuántica para estudiar -por primera vez- las interacciones intermoleculares en el IBM Quantum System One in situ en Cleveland Clinic, que son importantes para posibles aplicaciones futuras en el descubrimiento y diseño de fármacos», dijo Kennie Merz, doctor y científico molecular cuántico en Cleveland Clinic. «El Centro RIKEN de Ciencia Computacional (R-CCS) está llevando a cabo el proyecto Japan High Performance Computing-Quantum (JHPC-Quantum), cuyo objetivo es construir una plataforma de computación híbrida cuántica-HPC integrando nuestro superordenador Fugaku con un IBM Quantum System Two local alimentado por un procesador IBM Quantum Heron. En la era de la utilidad cuántica, apoyaremos firmemente el objetivo de la iniciativa de demostrar enfoques de supercomputación centrados en la cuántica utilizando nuestra plataforma como primer paso hacia esta nueva arquitectura informática», declaró Mitsuhisa Sato, director de la División de Plataformas Híbridas Quantum-HPC del Centro RIKEN de Ciencia Computacional.
Además, el Instituto Politécnico Rensselaer está utilizando las herramientas Qiskit para dar los primeros pasos en la construcción de la primera realización de supercomputación cuántica en un campus universitario. Con un software de alto rendimiento, el RPI e IBM pretenden conectar con éxito las cargas de trabajo del superordenador clásico AIMOS y el IBM Quantum System One, ambos situados en el campus del RPI, en un único entorno computacional gestionado por un gestor estándar de recursos informáticos de alto rendimiento. «Desde la presentación de IBM Quantum System One en el campus de RPI a principios de este año, hemos dado pasos hacia otra importante primicia al iniciar los trabajos para vincular el sistema cuántico y nuestro superordenador AIMOS», declaró el Dr. Martin A. Schmidt, presidente de RPI. «Este momento es un testimonio de nuestra larga asociación con IBM y, al igual que el emparejamiento de la computación cuántica y la supercomputación, nuestras dos instituciones juntas impulsarán avances apasionantes en los próximos años.»
Fuente Nota de Prensa IBM
