IBM ha hecho pública su hoja de ruta para construir el que podría ser el primer ordenador cuántico a gran escala y tolerante a fallos, un hito que marca una nueva etapa en el desarrollo de tecnologías cuánticas aplicables a problemas computacionales de alta complejidad. El sistema, denominado IBM Quantum Starling, se desarrollará en el nuevo Centro de Datos Cuántico de IBM en Poughkeepsie (Nueva York) y su puesta en funcionamiento está prevista para el año 2029.
Con una arquitectura diseñada para ejecutar 100 millones de operaciones cuánticas utilizando 200 qubits lógicos —un tipo de unidad funcional que incorpora corrección de errores mediante la agrupación de qubits físicos—, IBM Starling busca superar las limitaciones actuales de los ordenadores cuánticos experimentales, que no han logrado aún un rendimiento sostenido en operaciones de gran escala.
Según los cálculos compartidos por la compañía, el estado computacional completo de Starling sería tan complejo que representarlo requeriría más memoria de la que podrían ofrecer más de un quindecillón (10^48) de superordenadores convencionales. Este dato sitúa al sistema en una escala sin precedentes de capacidad cuántica y subraya el desafío que implica su desarrollo.
IBM Quantum Starling: fundamentos técnicos del sistema
A diferencia de los ordenadores cuánticos actuales, basados en qubits físicos altamente sensibles al ruido y al entorno, Starling se apoyará en una infraestructura de qubits lógicos, cuya principal ventaja radica en su tolerancia a errores. Para construir un qubit lógico, se emplean múltiples qubits físicos interconectados que supervisan mutuamente su estado, detectan fallos y permiten corregirlos antes de que afecten al cálculo global.
Este enfoque responde a una de las principales barreras técnicas de la computación cuántica: la acumulación de errores durante la ejecución de algoritmos. Dado que incluso errores minúsculos pueden propagarse rápidamente en un sistema cuántico, es imprescindible un mecanismo robusto de corrección si se pretende ejecutar aplicaciones de larga duración o alta complejidad.
La arquitectura presentada por IBM integra los denominados códigos de verificación de baja densidad cuánticos (qLDPC, por sus siglas en inglés). Este tipo de código, introducido recientemente en una publicación destacada en la revista Nature, reduce en aproximadamente un 90 % el número de qubits físicos necesarios para formar un qubit lógico, en comparación con los códigos de corrección de errores tradicionales como los códigos de superficie.
Avances técnicos para una computación cuántica escalable
IBM plantea una estrategia escalonada que se desarrollará a lo largo de esta década. El itinerario contempla la construcción de varios procesadores intermedios, cada uno centrado en resolver desafíos concretos asociados a la modularidad, la conectividad entre qubits y la ejecución fiable de instrucciones complejas.
- IBM Quantum Loon (2025): este procesador se centrará en validar elementos clave de la arquitectura basada en qLDPC, como los “acopladores C”, diseñados para conectar qubits a mayor distancia dentro del mismo chip, facilitando una estructura interna más flexible.
- IBM Quantum Kookaburra (2026): será el primer procesador modular de IBM capaz de almacenar y procesar información cuántica codificada. Incluirá unidades de memoria cuántica junto a funciones lógicas, anticipando la arquitectura distribuida que caracterizará a los sistemas a gran escala.
- IBM Quantum Cockatoo (2027): permitirá la interconexión de múltiples chips Kookaburra mediante “acopladores en L”, que enlazan módulos físicos distintos dentro del sistema. Este diseño evita la necesidad de chips de gran tamaño, cuya fabricación presenta actualmente limitaciones técnicas y económicas.
Cada uno de estos hitos tiene como objetivo allanar el terreno para la implementación de Starling en 2029. En esa fecha, se prevé contar con un sistema compuesto por 200 qubits lógicos, que operará con corrección de errores activa y capacidad para ejecutar hasta 100 millones de operaciones cuánticas, un volumen inalcanzable por los dispositivos actuales.
Corrección de errores y procesamiento en tiempo real
Uno de los aspectos críticos abordados por IBM es la decodificación en tiempo real de errores durante la ejecución de algoritmos. A través de un segundo artículo técnico publicado junto con su hoja de ruta, la compañía ha descrito los mecanismos necesarios para traducir, evaluar e interpretar las mediciones de qubits físicos de forma inmediata, utilizando recursos de computación clásica. Esta integración es fundamental para modificar instrucciones de forma dinámica, según las condiciones cambiantes del estado cuántico.
En términos operativos, la corrección de errores debe ser rápida, fiable y escalable, algo que solo es posible si los sistemas cuentan con la capacidad de monitorizar constantemente el estado de los qubits lógicos sin afectar a su coherencia. La combinación de códigos qLDPC y decodificación computacional permitirá una reducción drástica del sobrecoste de corrección y abre la puerta a la ejecución de aplicaciones cuánticas sostenidas en el tiempo.
Aplicaciones previstas y proyecciones industriales
- El impacto potencial de un sistema como Starling se extiende a múltiples sectores industriales. Entre las aplicaciones mencionadas por IBM se encuentran:
- Descubrimiento de nuevos materiales y fármacos, mediante simulaciones moleculares complejas imposibles de modelar con precisión en arquitecturas clásicas.
- Optimización de procesos industriales, donde los algoritmos cuánticos podrían explorar espacios de soluciones de forma más eficiente que los métodos actuales.
- Modelado de sistemas químicos complejos, con implicaciones en energías renovables, catálisis y almacenamiento energético.
Estos ámbitos requieren un volumen de operaciones que excede con mucho las capacidades de los ordenadores cuánticos contemporáneos. Por ello, IBM considera que la tolerancia a fallos no es solo un avance técnico, sino un prerrequisito para la utilidad práctica de la computación cuántica.
Perspectiva del ecosistema cuántico
La presentación de la hoja de ruta de IBM sitúa a la empresa entre los principales actores que han delineado un plan técnico detallado hacia la computación cuántica de propósito general. A diferencia de otras iniciativas aún centradas en demostraciones de laboratorio o sistemas de pequeña escala, IBM propone una solución orientada a la implementación realista de sistemas funcionales.
El desarrollo de Starling y de su sucesor proyectado, IBM Quantum Blue Jay —con más de 2.000 qubits lógicos y capacidad para ejecutar 1.000 millones de operaciones—, representa un nuevo paradigma en el que la computación cuántica no solo escala en tamaño, sino también en funcionalidad.
A largo plazo, estos sistemas podrían constituir una infraestructura cuántica comercial sobre la cual desarrollar servicios, simulaciones o plataformas de optimización accesibles para empresas y centros de investigación de todo el mundo.
