New Zealand

En Breve

• Investigadores de Nueva Zelanda han desarrollado una “Máquina de Ising Coherente” óptica híbrida que podría ofrecer una alternativa a corto plazo a las computadoras cuánticas tolerantes a fallos para resolver problemas complejos de optimización.
• El dispositivo utiliza pulsos ópticos circulantes en un sistema basado en fibra con propiedades de bloqueo de simetría para lograr una computación estable y eficiente energéticamente a temperatura ambiente, lo que permite un rendimiento escalable y la compatibilidad con los componentes estándar de telecomunicaciones.
• El sistema muestra potencial para aplicaciones como el diseño de fármacos, el enrutamiento de tráfico y la optimización de la IA, con trabajos en curso centrados en mejorar la estabilidad y la programabilidad de cara a un posible despliegue a corto plazo.
• Imagen: Dr. Liam Quinn, Investigador, Te Whai Ao — Dodd-Walls Centre for Quantum and Photonic Technologies.

COMUNICADO DE PRENSA — Con la primera computadora cuántica escalable y tolerante a fallos del mundo prevista para dentro de años, un grupo de investigadores neozelandeses ha desarrollado un dispositivo híbrido innovador que podría resolver problemas complejos e intratables antes.

El Dr. Liam Quinn, Investigador de Te Whai Ao — Dodd-Walls Centre, lidera el trabajo, considerado de gran interés mundial y que acaba de ser publicado en la revista Nature Communications. Marca la culminación de su doctorado, en colaboración con colegas del Centro: los profesores Stéphane Coen y Miro Erkintalo, el profesor asociado Stuart Murdoch y el investigador Dr. Yiqing (Ray) Xu.

Mientras que IBM cree que resolverá el problema para 2029 con una computadora de 200 qubits, Google, Amazon Web Services y Microsoft también están liderando la carga con sus propias versiones. Los expertos dicen que muchos de estos desarrollos son experimentales en el mejor de los casos, y Microsoft argumenta que eventualmente se necesitarán un millón de qubits para que dicho dispositivo funcione bien.

Mientras tanto, en un laboratorio al otro lado del mundo, investigadores de Nueva Zelanda y sus colaboradores europeos han logrado un avance propio. Han estado trabajando en algo llamado Máquina de Ising Coherente (CIM). El modelo matemático de Ising se utiliza para estudiar cómo las partes individuales de un sistema se influyen mutuamente. El problema que resuelve es básicamente: dado un conjunto de opciones de sí o no que interactúan, ¿qué combinación da el mejor resultado general? Esto se conoce como optimización.

La máquina de Ising a veces se conoce como un “modelo de juguete”, porque permite simplificar sistemas complejos en una forma que es más fácil de analizar. Ayuda a los científicos a comprender una amplia gama de fenómenos: desde cómo los materiales se vuelven magnéticos cuando sus espines atómicos se alinean; hasta cómo se propagan las enfermedades e incluso cómo se forman las opiniones dentro de las comunidades.

El Dr. Quinn explica cómo funciona.

“Los pulsos ópticos de luz pueden hacerse circular en un bucle cerrado. Con interacciones diseñadas entre estos pulsos de luz, el sistema naturalmente se asienta en una configuración preferida o solución óptima. De esta manera, permitimos que las propiedades de la física cuántica hagan el trabajo por nosotros”, afirma.

En física cuántica, las partículas se comportan como ondas, y en la mayoría de las CIM, el sistema tiene que estabilizarse para capturar información. Pero utilizando el ingenio de los neozelandeses, la simetría del sistema puede ser “bloqueada”.

La máquina óptica de Ising de los neozelandeses se basa en lo que se llama “ruptura espontánea de la simetría de polarización en un resonador Kerr no lineal de fibra impulsado coherentemente”. En su dispositivo, los pulsos de luz láser se asientan en un estado de alta o baja intensidad, lo que permite leerlos con componentes de telecomunicaciones estándar.

Esta plataforma, que funciona a través de fibra óptica, no solo simplifica el hardware, sino que también abre un camino hacia dispositivos más estables y de alto rendimiento para aplicaciones que van desde el modelado financiero hasta el diseño de fármacos. Se puede utilizar para resolver problemas de optimización extremadamente difíciles, como la programación, el enrutamiento de tráfico, el plegamiento de proteínas y la optimización de la IA.

Las máquinas de Ising ya existen, pero Quinn dice que el dispositivo de su equipo es excepcionalmente estable.

“Debido a sus propiedades especiales de ruptura de simetría, creemos que tiene una ventaja. También puede funcionar a temperatura ambiente, continuamente durante más de una hora.”

La máquina es muy eficiente energéticamente porque utiliza la dinámica natural y continua de los pulsos ópticos para explorar un número casi infinito de posibles soluciones. También es fácilmente escalable. Esta “computación probabilística” es más potente que la computación clásica.

“Hemos pasado de un pulso a 1000 pulsos en pocos años. Tendrá su propio nicho, como una solución a corto plazo. De hecho, puede pasar algún tiempo antes de que las potentes computadoras cuánticas tolerantes a fallos estén ampliamente disponibles”, dice Quinn.

El siguiente paso es la codificación y la manipulación del chip de la máquina para mejorar el rendimiento, la resistencia y la estabilidad, manteniendo la máquina de Ising en funcionamiento durante períodos de tiempo más largos. Dependiendo del progreso, la máquina podría estar operativa a finales de año. Actualmente financiado (por segunda vez) por el fondo Marsden, el proyecto también continúa bajo los auspicios del programa Quantum Technologies Aotearoa del Dodd-Walls Centre.

El Dr. Quinn dice que está ansioso por saber de empresas u organizaciones con problemas que les gustaría resolver. Cita las simulaciones preclínicas para el diseño de fármacos como un candidato probable, ayudando a los desarrolladores a comenzar con un compuesto más refinado de lo que podrían haber tenido de otro modo.

Con tantas aplicaciones y una creciente demanda de potencia de cálculo, este avance podría ser una verdadera oportunidad para las empresas que deseen interrogar grandes conjuntos de datos. Dado que el coste de alquilar una hora de tiempo de cálculo en las primeras unidades de procesamiento cuántico oscila entre los 2.500 y los 7.000 dólares estadounidenses, la máquina de Ising es una alternativa prometedora.