Un avance revolucionario en la computación cuántica ha surgido y podría acelerar drásticamente las capacidades y aplicaciones de la inteligencia artificial.
Investigadores de la Universidad de Tecnología de Chalmers, en Suecia, han desarrollado un amplificador de alta eficiencia que representa "el amplificador más sensible que se puede construir hoy en día utilizando transistores". El equipo ha conseguido reducir su consumo energético a solo una décima parte de lo que requieren los mejores amplificadores actuales, sin comprometer el rendimiento.
La innovación proviene de un diseño inteligente que solo se activa al leer datos de los qubits. Este menor consumo de energía ayuda a minimizar la interferencia con los qubits y podría permitir la construcción de ordenadores cuánticos más grandes y potentes. La lectura de información cuántica es extremadamente delicada: incluso pequeñas fluctuaciones de temperatura, ruido o interferencias electromagnéticas pueden hacer que los qubits pierdan su estado cuántico. Dado que los amplificadores generan calor que provoca decoherencia, los investigadores han estado buscando amplificadores de qubits más eficientes.
A diferencia de otros amplificadores de bajo ruido, el nuevo dispositivo funciona por pulsos, activándose solo cuando es necesario para la amplificación de qubits en lugar de permanecer encendido de forma continua. Como la información cuántica se transmite en pulsos, uno de los principales retos era asegurar que el amplificador se activara lo suficientemente rápido para seguir el ritmo de la lectura de los qubits. El equipo de Chalmers resolvió esto utilizando programación genética para permitir un control inteligente del amplificador, logrando que responda a los pulsos entrantes de los qubits en solo 35 nanosegundos.
Este avance es esencial para escalar los ordenadores cuánticos y acomodar un número significativamente mayor de qubits. A medida que aumenta el número de qubits, también lo hace la potencia de cálculo del ordenador y su capacidad para manejar cálculos altamente complejos. Sin embargo, los sistemas cuánticos más grandes requieren más amplificadores, lo que conlleva un mayor consumo de energía que puede causar decoherencia en los qubits. "Este estudio ofrece una solución para la futura ampliación de los ordenadores cuánticos, donde el calor generado por estos amplificadores de qubits supone un factor limitante importante", afirma Jan Grahn, profesor de electrónica de microondas en Chalmers.
El avance coincide con investigaciones recientes que demuestran que incluso los ordenadores cuánticos a pequeña escala pueden mejorar el rendimiento del aprendizaje automático mediante novedosos circuitos cuánticos fotónicos. Estos hallazgos sugieren que la tecnología cuántica actual no es solo experimental: ya puede superar a los sistemas clásicos en tareas específicas.
Los ordenadores cuánticos tienen el potencial de abordar problemas mucho más allá del alcance de las máquinas más potentes de hoy en día, abriendo puertas en el descubrimiento de fármacos, la ciberseguridad, la inteligencia artificial y la logística. El amplificador ultraeficiente desarrollado en Chalmers solo se activa cuando es el momento de leer datos de los qubits. Gracias a su diseño inteligente basado en pulsos, utiliza solo una décima parte de la energía que requieren los modelos actuales de gama alta.
Muchos de los modelos de lenguaje actuales requieren más de un millón de horas de GPU para su entrenamiento, mientras que las redes neuronales cuánticas prometen un procesamiento más eficiente de conjuntos de datos complejos y de alta dimensión en comparación con las redes neuronales clásicas. Más allá de las mejoras en velocidad, la computación cuántica podría revolucionar la IA mediante algoritmos de optimización mejorados, simulaciones de modelos más sofisticadas y una reducción significativa del consumo energético para el entrenamiento de modelos de IA.
"Esperamos que los primeros avances significativos en IA cuántica surjan a finales de esta década y principios de la siguiente, a medida que pasemos de los dispositivos cuánticos ruidosos actuales a ordenadores cuánticos con corrección de errores y decenas o cientos de qubits lógicos", explica la Dra. Ines de Vega, directora de Innovación Cuántica en IQM. "Estas máquinas nos permitirán ir más allá de los algoritmos cuánticos NISQ puramente experimentales, desbloqueando ventajas prácticas y potencialmente inesperadas para las aplicaciones de IA. La fusión de la computación cuántica y la IA tiene el potencial de un impacto masivo en el mundo. Juntas, la cuántica y la IA podrían resolver problemas que los ordenadores clásicos no pueden, haciendo la IA más eficiente, rápida y potente."