Fraunhofer se pasa a la cuántica: El Quantum System One de IBM llega a Europa
La mayor organización europea de investigación orientada a las aplicaciones, Fraunhofer-Gesellschaft, con sede en Ehningen, una ciudad alemana situada a media hora en coche de Stuttgart, ha recibido un paquete especial procedente del extranjero. En su interior se encuentra el IBM Quantum System One, el primer ordenador cuántico del mundo, que hasta ahora sólo existía en los centros de datos de IBM en Nueva York.
La Fraunhofer-Gesellschaft apuesta por que el Quantum System One allane el camino a futuras aplicaciones industriales de esta nueva forma de computación. También debería dar lugar a una mayor investigación y ayudar a desarrollar una fuerza de trabajo global preparada para la informática cuántica.
Es el primer paso para que la tecnología de computación cuántica de IBM se amplíe hacia su aplicación comercial.. En julio, un ordenador cuántico en Japón se unirá a su primo de Fraunhofer y en un futuro no muy lejano también habrá uno instalado en la Clínica Cleveland de Ohio.
«La computación cuántica abre nuevas posibilidades para la industria y la sociedad», afirma Hannah Venzl, coordinadora de la Red de Competencia Fraunhofer de Computación Cuántica. «Con mayor rapidez se podrían desarrollar fármacos y vacunas, mejorar los modelos climáticos, optimizar los sistemas de logística y transporte o hacer mejores simulaciones de nuevos materiales. Para que todo esto ocurra, para dar forma al rápido desarrollo de la computación cuántica, necesitamos crear experiencia en Europa».
Por supuesto, en Europa y en todo el mundo.
El desarrollo de conocimiento es vital para crear una industria cuántica. Esperamos que dentro de una década podamos alcanzar una «ventaja cuántica», es decir, el momento en que los ordenadores cuánticos proporcionen soluciones más precisas y computacionalmente más baratas o incluso nos permitan calcular soluciones a problemas que hoy no podemos hacer. Cuando eso ocurra, es probable que estas máquinas cambien el mundo. Pero el mundo tiene que estar preparado para ellas, con un talento capacitado, creativo y orientado a los resultados.
Ese es nuestro futuro cuántico, y con estas máquinas que empiezan a aparecer en todo el mundo, puede que estemos más cerca de lo que se piensa.
La escasez de talento cuántico
La nueva incorporación de Fraunhofer es de color negro espejo y brillante. Detrás de las gigantescas puertas de la máquina, hechas del mismo cristal que protege la Mona Lisa en el Louvre, hay una estructura en forma de cilindro. En su interior se encuentra el procesador Falcon de 27 qubits de IBM, el procesador cuántico más avanzado realizado por IBM con lo mejor de las tecnologías cuánticas, que permite largos tiempos de conexión y operaciones precisas, de unos 10-20 vatios de precisión. Los qubits tienen que estar tan protegidos que se encuentran a temperaturas más frías que en el espacio exterior.
Aunque Fraunhofer es hasta ahora el único lugar fuera de Estados Unidos que cuenta con un IBM Quantum System One, el interés por las tecnologías cuánticas no ha dejado de crecer en la última década. Casi todos los continentes cuentan ya con empresas de computación cuántica y muchos gigantes tecnológicos, además de IBM, están avanzando en este campo. En total, la financiación pública de las tecnologías cuánticas a nivel mundial ha alcanzado ya unos 22.000 millones de dólares.
Pero la cuestión es la siguiente. Aunque las inversiones en investigación y la propia investigación son importantes, no son suficientes. Existe una desconexión entre el desarrollo de un ordenador cuántico y su comercialización a gran escala. Sólo una fracción de las empresas se está preparando para la computación cuántica. La inmensa mayoría de las empresas aún no cuenta con personal capaz de utilizar los ordenadores cuánticos, de realizar cualquier tipo de programación cuántica o incluso de tener una idea de cómo podría ayudarles un ordenador cuántico. Hay poca formación cuántica en los puestos de trabajo y pocas contrataciones con conocimientos de informática cuántica.
Por eso son cruciales asociaciones como la de IBM y Fraunhofer, incluso, aunque no sea necesario comprar un ordenador cuántico para acceder a él. En la actualidad, 150 organizaciones de la Red Cuántica de IBM (IBM Quantum Network), entre las que se encuentran laboratorios de investigación, start-ups, universidades y empresas, acceden a la flota cuántica de IBM a través de la nube. Aun así, poder tener la máquina en las instalaciones ayuda a procesar más datos, de forma local. El System One de Fraunhofer, que entró en funcionamiento hace unas semanas para realizar pruebas, ya está trabajando duro. Centrándose en la optimización cuántica, los investigadores de Alemania han empezado a explorar nuevos enfoques de simulación para los materiales de los sistemas de almacenamiento de energía. Otro proyecto que estudian activamente los investigadores locales es optimizar mejor las carteras de activos financieros y mejorar los parámetros de estabilidad en las infraestructuras de suministro de energía. Incluso pretenden utilizar el ordenador cuántico para superar los límites del aprendizaje profundo gracias al aprendizaje automático cuántico.
«En Fraunhofer tenemos más de 70 años de experiencia en investigación aplicada y proyectos industriales, y estamos estrechamente interconectados con la industria», dice Venzl. «La formación sobre el sistema nos ayudará a desarrollar aplicaciones prácticas y a crear importantes competencias en la industria alemana y en el propio Fraunhofer».
La rueda de Fraunhofer está definitivamente rodando. Pero llegar hasta aquí ha sido todo menos trivial.
Construir un ordenador cuántico… a distancia
La pandemia de COVID-19 intervino en el montaje y hubo que hacerlo a distancia.
«Estuve allí en octubre de 2019, donde tuve la oportunidad de interactuar directamente con el equipo que hacía el trabajo de diseño local, hacer que todos participaran, electricistas, fontaneros, y pude conocer los planes en detalle», dice Chris Lirakis, líder cuántico de IBM para el despliegue de sistemas cuánticos, que trabajaen el laboratorio de IBM en Yorktown Heights. «Sólo así puedes leer el lenguaje corporal de la gente, tener en cuenta las diferencias culturales y lingüísticas».
Sin embargo, los planes de Lirakis cambiaron.
La pandemia impidió que nadie del equipo de EE.UU. pudiera volar a Alemania. Así que el equipo de IBM tuvo que recurrir a técnicas de montaje a distancia inspiradas en la NASA, llevando al extremo las prácticas de trabajo a distancia de esta pandemia. Desde 4.000 millas de distancia, el equipo estadounidense trabajó con ingenieros alemanes del laboratorio de desarrollo local de IBM para instalar el criostato, un sistema de refrigeración con tubos de circulación especiales para líquidos criogénicos, y el procesador cuántico IBM Falcon, un dispositivo microelectrónico extremadamente delicado. Una de las cajas enviadas se fabricó a medida para soportar el aislamiento de las vibraciones, con material amortiguador y soportes que podían atornillarse, lo que hacía imposible que toda la caja se volcara.
Aunque el equipo de IBM en Alemania creó el «centro» del Quantum System One, no tenía experiencia en el montaje del sistema completo. Así que Lirakis y sus colegas crearon un curso de montaje cuántico para los ingenieros alemanes. Así, varias horas al día durante unas semanas, estuvieron encerrados en un aula virtual. El equipo estadounidense tenía que estar en una videoconferencia con los alemanes a las 2 de la madrugada, al comienzo del día en Stuttgart.
En un tono más distendido, los viernes los dos equipos se tomaban unas cervezas al final del día, a la hora de comer en la costa este de Estados Unidos. Aun así, lo consiguieron y el ordenador cuántico entró en funcionamiento en enero de 2021, siguiendo los pasos marcados en el calendario original previo al COVID.
Prepararse para la cuántica, pronto
Aunque el sistema cuántico se encuentra en Fraunhofer, los científicos y estudiantes de fuera del instituto también pueden utilizarlo para la investigación y la enseñanza. El acceso requiere un contrato, y el uso se basa en un ticket mensual, lo que da a los socios flexibilidad sin un compromiso a largo plazo.
Cada nuevo investigador que ponga sus manos en la máquina, en el laboratorio o a través de la nube, contribuirá a convertir el goteo de talento cuántico en un torrente, vital para la emergente era cuántica. Necesitamos más colaboraciones como ésta, entre investigadores y estudiantes, para crear una fuerza de trabajo diversa y preparada para la cuántica, con carreras en las tecnologías cuánticas del futuro.
La palabra clave aquí es «diversidad».
Los científicos y estudiantes que utilicen ordenadores cuánticos no deberían ser sólo físicos o programadores, como suele ocurrir en la actualidad. Un ecosistema cuántico exitoso del futuro necesita ingenieros de computación cuántica, informáticos, técnicos, expertos en óptica y fotónica e incluso economistas, líderes de mercado y periodistas.
Necesitamos programadores cuánticos cualificados para crear bibliotecas de algoritmos cuánticos para problemas específicos en diferentes campos. Pero también necesitamos expertos en cuántica para seguir mejorando el software y el hardware, para avanzar en el núcleo de la tecnología de la computación cuántica. Y necesitamos que las empresas tengan la suficiente conciencia cuántica como para darse cuenta de que un ordenador cuántico les ayudaría a mejorar significativamente la producción y posiblemente a crear productos que hoy no pueden crear.
A medida que la tecnología y el ecosistema maduren, aparecerán miles de nuevos puestos de trabajo. Tenemos que hacer frente a la actual escasez de talento cuántico, garantizando que haya suficientes personas cualificadas e inteligentes para cubrirlos. Tenemos que conseguir que el mundo esté preparado antes de que la tecnología lo esté, para cosechar mayores beneficios.
Más colaboraciones como la de Fraunhofer ayudarán a democratizar la computación cuántica y a construir un gran ecosistema de computación cuántica para que el mundo esté preparado para la cuántica, y empezar a dar forma a nuestro futuro cuántico.