IBM desarrolla computadoras cuánticas con Nighthawk para la transición a energías limpias

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Visité la sede de IBM en Yorktown en diciembre pasado. Llegó después de que una tormenta de nieve azotara el valle de Hudson. El momento era el adecuado. Las computadoras cuánticas son como el clima invernal. Es algo de lo que la gente habla todo el tiempo. Pero muchas personas no lo experimentan directamente.

En el Laboratorio de Tecnología Cuántica de IBM, al menos se puede escuchar el pulso del sistema (literalmente) y ver hasta qué punto la empresa ha superado las promesas teóricas para convertirlas en algo operativo.

El último paso de IBM es el procesador Nighthawk, un sistema de 120 qubit que se lanzará en noviembre de 2025 y que ahora ancla la hoja de ruta de la compañía hacia la computación cuántica tolerante a fallas. A diferencia de los modelos anteriores Diseñado principalmente para demostrar las posibilidades, el Nighthawk está claramente diseñado para escalar en profundidad. No se trata sólo de contar qubits. Aquí es donde la mayoría de las hojas de ruta cuánticas colapsan silenciosamente.

El procesador está emparejado con el chip Loon de IBM, que está diseñado para aislar fallas en lugar de corregirlas por fuerza bruta. Esto es importante porque el ruido y la decoherencia siguen siendo limitaciones fundamentales de la utilidad de la tecnología cuántica. En lugar de pretender que estos problemas han desaparecido a gran escala, IBM está intentando limitar los fallos y mantener eficiente el resto del sistema. Esta es una estrategia más realista para aplicaciones a corto y mediano plazo.

Nighthawk y Loon juntos apoyan el objetivo de IBM de alcanzar 1.000 qubits lógicos para 2028, estrechamente integrados con la informática clásica de alto rendimiento. Este enfoque híbrido no es una concesión. Se acepta que las computadoras cuánticas no reemplazarán a los sistemas clásicos. Pero reforzará estos sistemas de forma específica. Donde la complejidad agregada domina la GPU y la CPU.

Estrategia de escalamiento

Técnicamente, Nighthawk utiliza una topología Square Lattice, lo que permite que cada qubit esté conectado directamente a sus cuatro vecinos. Esto permite que los circuitos cuánticos tengan hasta 5.000 puertas de dos qubits, lo que aumenta la profundidad del circuito en aproximadamente un 30% con respecto a los procesadores Heron anteriores de IBM. IBM planea llevar ese límite a 7.500 puertas para fines de 2026 y 10.000 puertas para 2027, suponiendo que el aislamiento de errores funcione como se anuncia.

El énfasis en la profundidad de la puerta tiene más significado que el número de qubit del título. Para aplicaciones de tecnología limpia (ciencia de materiales, electroquímica, modelado nuclear) los circuitos poco profundos no son útiles. Si no puedes mantener la coherencia el tiempo suficiente para navegar por el complejo espacio de estados, la ventaja teórica no se materializará.

Para fines de 2025, se espera que el sistema Nighthawk sea accesible para usuarios selectos a través de Quantum Network de IBM, lo que indica la transición de IBM hacia lo que llama “una experiencia segura de computación en la nube”. En la práctica, esto significa que las QPU manejan un conjunto finito de subproblemas. Si bien los clústeres de GPU clásicos se encargarán del trabajo pesado en otros lugares, IBM apunta a una demostración de ventaja cuántica a principios de 2026, no de superioridad general. Pero fue una victoria estrecha que demostró la integración.

Los planes a largo plazo incluyen un sistema tolerante a fallos de más de 1.000 qubits, construido sobre una oblea de 300 mm, para mejorar el rendimiento. y formar una arquitectura de red modular. Las colaboraciones con empresas como Cisco apuntan a sistemas cuánticos distribuidos que abarcan múltiples centros de datos. Se trata de una visión más acorde con la planificación de infraestructuras que con la experimentación en laboratorio.

IBM Heron: prueba de concepto

IBM Heron es un procesador cuántico superconductor de 133 qubit lanzado por IBM en 2023, con un cambio del escalado de qubits impulsado por los titulares a un hardware cuántico más controlable y de alta fidelidad. En lugar de perseguir el tamaño bruto, Heron se centró en mejorar la precisión y la estabilidad de la puerta. Esto los hace más adecuados para circuitos cuánticos de corto plazo bien definidos. Marcó la transición de IBM de la experimentación de laboratorio a los primeros sistemas basados ​​en servicios públicos. que puede integrarse significativamente en la informática clásica.

al mismo tiempo Stork revela los límites de ese enfoque. Aunque hay mejor precisión. Pero no es tolerante a fallas y no puede mantener los circuitos cuánticos profundos necesarios para la mayoría de las aplicaciones industriales y de tecnología limpia. Las tasas de error y la decoherencia aún limitan la profundidad de los circuitos utilizables. Esto contiene una lección importante para el sector: contar qubits por sí solo no desbloqueará la ventaja cuántica. Ese descubrimiento informó directamente los cambios de IBM en procesadores como el Nighthawk, que priorizaban la profundidad del circuito y el aislamiento de fallas. Este es un paso necesario para que la computación cuántica tenga un impacto más amplio en la energía, los materiales y la investigación relacionada con el clima.

¿Dónde está el cuanto? podría Historias para la tecnología limpia

La relevancia de la tecnología limpia de las computadoras cuánticas depende de una sola pregunta: ¿comprime en gran medida la línea de tiempo de investigación y desarrollo en un lugar donde la física, la química y las interacciones de los sistemas superan las simulaciones clásicas?

en el sistema fotovoltaico Los sistemas cuánticos pueden modelar rutas de degradación molecular y propagación de defectos en condiciones climáticas variables. Este es un problema que no se adapta bien a las máquinas tradicionales. Esto es especialmente relevante para aplicaciones en Asia Pacífico, donde el calor, la humedad y la escasez de tierra llevan a los desarrolladores a la agricultura voltaica y otras configuraciones de doble uso.

En la energía nuclear, los algoritmos cuánticos pueden explorar las interacciones de neutrones y la dinámica de fisión a un nivel de resolución que todavía hoy es computacionalmente prohibitivo. En última instancia, esto podría mejorar la modelización de la seguridad de los reactores y la investigación sobre la fusión. Sin embargo, el cronograma sigue siendo largo y especulativo.

Las pilas de combustible y los electrolizadores son opciones más adecuadas. El descubrimiento de un catalizador para la optimización de electrolitos y la estabilidad de la membrana es un problema fundamental de la mecánica cuántica. Si el sistema cuántico reduce la cantidad de platino o extiende la vida útil del catalizador, el impacto en la economía del hidrógeno verde será real. no académico

La investigación sobre baterías se encuentra en un punto intermedio. Las simulaciones cuánticas pueden explorar las vías de degradación de los iones de litio y el comportamiento de los electrolitos de estado sólido de manera mucho más eficiente que los métodos tradicionales. IBM cita simulaciones que involucran miles de variables, como la realizada en BMW, que se completan en minutos. en cambio, es una escala de tiempo geológica. Queda por ver si esto conducirá a un progreso comercial. Depende menos de la velocidad de procesamiento que de qué tan bien se integran esos conocimientos con las limitaciones de producción.

cooperación industrial

El ecosistema de socios de IBM envió señales desde el principio. Esto es suficiente para resultar relevante para la tecnología cuántica limpia.

El Grupo BMW lleva muchos años trabajando con IBM en el desarrollo de herramientas cuánticas. Se aplica para optimizar la cadena de suministro. Eficiencia del tren motriz y modelado de pilas de combustible La estrategia cuántica más amplia de BMW también incluye a Nvidia, Classiq y Pasqal, lo que sugiere una diversificación en lugar de un compromiso total con una sola plataforma.

Airbus utiliza los sistemas de IBM para la investigación de aviones de hidrógeno en el marco de su programa ZEROe, que modela el almacenamiento y la combustión para cumplir los objetivos futuros de emisiones de gases de efecto invernadero. Se informa que otros socios incluyen a ExxonMobil para el modelado de captura de carbono. y un laboratorio nacional que estudia las energías renovables a nivel de red. Sin embargo, los detalles aún son limitados.

IBM reconoce el obstáculo restante: las tasas de error siguen siendo demasiado altas para los flujos de trabajo críticos para la producción. Y la mayoría de las empresas de tecnologías limpias carecen de experiencia cuántica interna. La respuesta de la compañía (Qiskit y Quantum Network en rápida expansión) fue un intento de construir un ecosistema de desarrolladores antes de que el hardware madurara.

Para llevar conscientemente

La computación cuántica no “arreglará” el cambio climático. Y no reemplazarán a las supercomputadoras clásicas en esta década. Pero si los planes de IBM continúan, puede provocar el ciclo de desarrollo de la batería. El sistema nuclear electrolizador y los materiales avanzados se pueden acortar considerablemente. Ésta es un área donde convergen mayores ganancias en todo el sistema energético.

Para un corredor de 1,5°C, la diferencia es significativa. Iteraciones más rápidas en química y ciencia de materiales pueden desbloquear reducciones de costos que las políticas por sí solas no pueden lograr. Nighthawk de IBM no garantiza tales resultados. Pero es una de las primeras plataformas cuánticas que trata la tecnología limpia como un problema de ingeniería. Aún no es marketing