El hardware cuántico no basta: necesitamos más herramientas de desarrollo cuánticas, y las de Intel ya están aquí

El desarrollo que ha experimentado la computación cuántica durante los últimos cinco años es asombroso. De hecho, probablemente a principios de la década pasada nadie se habría atrevido a pronosticar que actualmente tendríamos procesadores cuánticos funcionales con más de 100 cúbits. Y que varios equipos de investigación diferentes ya habrían alcanzado la supremacía cuántica.

Los muros que ya ha derribado esta disciplina parecían infranqueables hace pocos años, pero a pesar de lo mucho que ha avanzado solo hemos dado unos pocos pasos en este camino. Los ordenadores cuánticos actuales son prototipos, y, desafortunadamente, todavía no podemos utilizarlos para resolver problemas realmente significativos. Eso sí, cada avance, sea grande o modesto, nos coloca un poco más cerca de este objetivo.

En cualquier caso, la computación cuántica aún debe superar grandes desafíos para poner en nuestras manos las capacidades que en teoría nos propone. Necesitamos cúbits de más calidad que sean más resistentes a la decoherencia cuántica. También es importante que tengamos un sistema de corrección de errores que nos garantice que los resultados que nos entrega el ordenador cuántico son correctos.

Por otro lado, es crucial desarrollar nuevas herramientas que nos permitan controlar los bits cuánticos con precisión y llevar a cabo más operaciones lógicas con ellos. Y, por supuesto, necesitamos nuevos algoritmos cuánticos, y también herramientas de desarrollo implementadas expresamente para facilitar la escritura de software cuántico. Afortunadamente, ya están disponibles varios QDK (Quantum Development Kit) muy avanzados, y acaba de llegar uno más que pinta realmente bien.

Intel tiene lista la beta de su QDK, y la versión final está muy cerca

Antes de seguir adelante merece la pena que nos detengamos un momento para repasar qué es exactamente un QDK y por qué esta herramienta es tan importante en el contexto de la computación cuántica. En español podemos traducir esta sigla anglosajona como ‘paquete de desarrollo cuántico’, y no es otra cosa que un conjunto de herramientas de software ideadas para facilitar la implementación de algoritmos cuánticos que puedan ser ejecutados bien en ordenadores cuánticos, bien en simuladores o emuladores cuánticos.

Unas líneas más arriba hemos indagado brevemente en la necesidad de desarrollar nuevos algoritmos cuánticos que sean capaces de ayudarnos a abordar los problemas que no podemos resolver con los superordenadores clásicos más potentes que tenemos hoy en día. Estos algoritmos son los que permitirán a los ordenadores cuánticos marcar la diferencia, y para ponerlos a punto es esencial entregar a los investigadores y los estudiantes las herramientas que necesitan.

Una vez que está listo un nuevo algoritmo cuántico puede ser ejecutado en un ordenador cuántico experimental como los que tienen Intel, IBM, Google o Honeywell, o bien puede ser procesado en un simulador, que a grandes rasgos es una implementación de las puertas lógicas cuánticas que se ha llevado a cabo utilizando puertas lógicas clásicas. Precisamente Intel tiene un simulador cuántico que es capaz de simular puertas lógicas cuánticas con el propósito de poner a prueba el software cuántico.

Algunas de las empresas que ya han publicado paquetes de desarrollo de software cuántico son Microsoft, Google, IBM, 1QBit o Amazon, entre otras, y habitualmente estas herramientas permiten a los programadores utilizar lenguajes clásicos, como Python, o bien lenguajes de programación que han sido diseñados expresamente para escribir algoritmos cuánticos, como, por ejemplo, Q#, de Microsoft.

Este es el contexto en el que Intel, que es una de las grandes compañías que más recursos están dedicando al desarrollo de la computación cuántica, ha presentado su propio QDK, aunque todavía se encuentra en fase beta. Esta compañía está presente en todos los estratos de la puesta a punto de un prototipo de ordenador cuántico, por lo que era de esperar que también elaborase su propio software de desarrollo.

Al igual que IBM y Google, Intel ha apostado por el desarrollo de cúbits superconductores, y su dilatada experiencia en el ámbito de la fabricación de semiconductores de alta integración le está viniendo de perlas durante la fase de puesta a punto de sus procesadores cuánticos. Además, esta compañía también pone a punto los chips de control de sus ordenadores cuánticos, como el circuito integrado Horse Ridge II.

Justo encima del chip de control, en una capa superior, se encuentran el compilador cuántico y las demás herramientas de desarrollo de software cuántico, como el QDK que acaba de dar a conocer Intel, que, por cierto, permite a los programadores escribir código en Python. Como he mencionado, este QDK se encuentra en fase beta, pero Intel ha confirmado que espera tener lista la versión 1.0 durante el primer trimestre de 2023. No pinta nada mal.