A medida que la computación cuántica atrae inversiones sin precedentes, con 3 mil millones de dólares fluyendo hacia el sector a través de importantes acuerdos de riesgo y mercados públicos en la primera quincena de septiembre, persisten importantes desafíos de infraestructura que amenazan con socavar los ambiciosos objetivos de escalamiento de la tecnología.
Si bien las computadoras cuánticas prometen avances revolucionarios en inteligencia artificial, descubrimiento de fármacos y ciencia de materiales, enfrentan obstáculos fundamentales más allá de los chips y la refrigeración.
A menudo, gran parte del equipo dentro de estos sistemas se desarrolló hace décadas y no funciona de manera confiable y no puede optimizarse para el funcionamiento de computadoras cuánticas a temperaturas extremas.
Director general interino del Circuito de Delft.
En el centro de este desafío se encuentra una tecnología obsoleta que las computadoras cuánticas heredaron de la electrónica clásica: los cables coaxiales.
Diseñados por AT&T en 1916, un siglo antes de la era cuántica, estos cables a menudo sirven como sistema nervioso de computadoras cuánticas, transportando señales de control a qubits individuales y leyendo sus estados cuánticos.
Sin embargo, a medida que los sistemas cuánticos se vuelven más grandes y sofisticados, los cables coaxiales están demostrando ser un factor limitante importante.
Su tamaño, su baja capacidad de transmisión de señal y su alta tasa de fallos hacen imposible conectar y controlar de forma fiable miles de qubits.
Y ese es el problema porque la industria ahora necesita aumentar la cantidad de qubits para acercarse a brindar un beneficio cuántico a los usuarios.
Cada cable coaxial requiere un espacio significativo dentro de los estrechos límites del entorno criogénico de una computadora cuántica, donde las temperaturas se acercan al cero absoluto.
A medida que los sistemas intentan escalar de cientos a miles de qubits, el espacio físico requerido para las conexiones coaxiales tradicionales se vuelve prohibitivo.
Más aún son los problemas de confiabilidad. Los sistemas de cables coaxiales introducen numerosos puntos de falla: cada conexión, unión y componente representa una fuente potencial de falla del sistema debido a ciclos térmicos repetidos de expansión y contracción.
En la computación cuántica, donde mantener un estado cuántico coherente es primordial, incluso una pequeña degradación de la señal o fluctuaciones térmicas introducidas por conexiones poco confiables pueden destruir la delicada información cuántica que se está procesando.
La ingeniería innovadora ofrece opciones para conectar qubits
Resolver la crisis de conectividad en la industria cuántica requiere un replanteamiento fundamental de cómo se enrutan las señales dentro de entornos criogénicos.
Están surgiendo tecnologías avanzadas de cables flexibles que pueden proporcionar densidades de canales dramáticamente más altas dentro de cada cable, al tiempo que mejoran la confiabilidad con respecto a los métodos tradicionales.
Estas soluciones de próxima generación integran materiales superconductores con filtrado avanzado y acondicionamiento de señales directamente en cables flexibles multicanal.
Al combinar múltiples funciones en un solo componente optimizado, ya pueden lograr hasta ocho veces la densidad de canales de los sistemas coaxiales tradicionales de precio equivalente.
Las hojas de ruta de la industria sugieren que dentro de 18 meses estarán disponibles nuevas mejoras de densidad, hasta 32 veces lo que el coaxial tradicional puede ofrecer. Las capacidades seguirán creciendo a partir de ahí a medida que la tecnología madure.
Al simplificar la arquitectura general del sistema y reducir la cantidad de componentes individuales y puntos de conexión, estos sistemas de cable avanzados pueden proporcionar de cinco a veinte veces menos puntos de falla que los cables coaxiales tradicionales.
Esta mejora en la confiabilidad es crucial para los sistemas cuánticos, donde cualquier degradación de la señal puede comprometer el estado cuántico y la precisión computacional.
Su demanda está aumentando rápidamente
La urgencia de resolver este desafío de infraestructura se está intensificando a medida que las empresas de computación cuántica aceleran su avance hacia sistemas más grandes y potentes.
Las computadoras cuánticas actuales normalmente funcionan con docenas o cientos de qubits, pero los mapas de ruta de la industria exigen sistemas con miles en el corto plazo y millones de qubits en la próxima década.
El auge global de la inteligencia artificial ha acelerado estas demandas. A medida que las aplicaciones de IA consumen cada vez más recursos computacionales, las computadoras cuánticas están posicionadas para asumir cargas de trabajo especializadas que complementan o superan la computación clásica en una variedad de dominios.
Aplicaciones que van desde el entrenamiento de redes neuronales profundas hasta la optimización de modelos financieros complejos pueden beneficiarse de la aceleración cuántica, pero sólo si podemos desarrollar la ingeniería necesaria para escalar estos sistemas al tamaño requerido.
Esta presión de escala ha creado una necesidad urgente de densidades de canales dramáticamente más altas en los sistemas de E/S cuánticas.
Mientras que los sistemas actuales pueden requerir cientos de canales de control, las futuras computadoras cuánticas requerirán miles o decenas de miles.
El cable coaxial tradicional simplemente no puede satisfacer estas demandas manteniendo la integridad y confiabilidad de la señal requeridas para las operaciones cuánticas.
Quizás lo más importante es que mejoras de infraestructura como estas mantienen la integridad de la señal requerida para las técnicas avanzadas de corrección de errores cuánticos.
La baja diafonía, el ruido mínimo y el rendimiento térmico estable permiten esquemas de control sofisticados que serán necesarios para alcanzar la computación cuántica tolerante a fallas.
Descubriendo el verdadero valor de la cuántica a través de la escalabilidad
El desarrollo de soluciones de conectividad cuántica escalables llega en un momento crítico para la industria.
Con miles de millones en nuevas inversiones fluyendo hacia las empresas de computación cuántica, la presión para demostrar escalabilidad práctica nunca ha sido mayor.
Las innovaciones en infraestructura que eliminan las barreras fundamentales de escala creadas por tecnologías más antiguas pueden determinar qué empresas pueden realizar una transición exitosa de la demostración en laboratorio a sistemas comerciales completos.
Para los inversores que apuestan por el futuro de la computación cuántica, la escalabilidad de la infraestructura presenta tanto un riesgo grave como una oportunidad importante.
Las empresas que puedan abordar el desafío de la conectividad pueden encontrarse en condiciones de permitir el crecimiento de industrias enteras, mientras que aquellas que no puedan enfrentar severas limitaciones en su capacidad de escalar.
A medida que la industria de la computación cuántica avanza hacia su siguiente fase de desarrollo, el foco de atención se desplaza cada vez más de la ciencia cuántica pura a los desafíos de ingeniería que determinarán la escalabilidad.
La solución a este desafío bien puede decidir cuál de las grandes apuestas recientes en la tecnología cuántica finalmente dará sus frutos.
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