Fujitsu y RIKEN desarrollan un ordenador cuántico superconductor en el Centro de Colaboración RQC-Fujitsu de RIKEN, allanando el camino para una plataforma de computación cuántica híbrida

Fujitsu Europe

Madrid, October 24, 2023

Fujitsu y RIKEN han anunciado el desarrollo con éxito de un nuevo ordenador cuántico superconductor de 64 qubits en el Centro de Colaboración RQC-Fujitsu de RIKEN. El nuevo ordenador cuántico aprovecha la tecnología desarrollada por RIKEN y un consorcio de socios de investigación conjunta, entre los que se encuentra Fujitsu, para el primer ordenador cuántico superconductor de Japón, que se presentó al público por primera vez en marzo de 2023.

Junto con este anuncio, Fujitsu y RIKEN revelaron además el lanzamiento de una plataforma para la computación cuántica híbrida, que combina la potencia de cálculo del recién desarrollado ordenador cuántico superconductor de 64 qubits con uno de los simuladores de ordenador cuántico de 40 qubits más grandes del mundo (1) desarrollado por Fujitsu. Fujitsu y RIKEN proporcionarán la nueva plataforma a empresas e instituciones de investigación que realicen investigaciones conjuntas con Fujitsu y RIKEN a partir del 5 de octubre de 2023.

Ordenador cuántico desarrollado en el Centro de Colaboración RQC-Fujitsu de RIKEN

La nueva plataforma híbrida permite comparar fácilmente los resultados de los cálculos de los ordenadores cuánticos de escala intermedia con ruido (NISQ) con los resultados sin errores de los simuladores cuánticos, lo que contribuye a acelerar la investigación en áreas como la evaluación del rendimiento de los algoritmos de mitigación de errores en aplicaciones cuánticas.

Fujitsu y RIKEN siguen desarrollando un algoritmo cuántico híbrido que vincula la computación cuántica superconductora con la computación de alto rendimiento (HPC). Al vincular un ordenador cuántico con un simulador cuántico que se ejecuta en un HPC, Fujitsu y RIKEN han logrado desarrollar un algoritmo cuántico híbrido que permite realizar cálculos de química cuántica con mayor precisión que los algoritmos convencionales (CCSD(T)) (2). Los dos socios tienen previsto incluir este algoritmo en la nueva plataforma.

En el futuro, Fujitsu y RIKEN promoverán el desarrollo de tecnologías que incluyan la implementación de alta densidad para realizar un ordenador cuántico superconductor de 1.000 qubits, así como tecnologías para lograr operaciones de puerta cuántica más precisas.

A través de esta plataforma, Fujitsu y RIKEN seguirán proporcionando recursos de computación cuántica y simulación cuántica a sus clientes para aplicaciones en diversos campos, como las finanzas y el descubrimiento de fármacos, y promoverán actividades de I+D para aplicaciones cuánticas a través de la investigación conjunta para acelerar la aplicación práctica tanto del hardware como del software de computación cuántica.

Hacia la era de la informática cuántica práctica
El desarrollo de diversas arquitecturas de computación cuántica ha avanzado a gran velocidad en los últimos años. Sin embargo, la creación de resultados informáticos fiables con ordenadores cuánticos representa un reto constante, ya que los actuales sistemas NISQ siguen sufriendo errores de cálculo debidos al ruido del entorno.

Los expertos prevén que la realización de un ordenador cuántico práctico tolerante a fallos (FTQC) que pueda proporcionar resultados fiables y precisos, tardará una década o más. Además, el desarrollo simultáneo de aplicaciones cuánticas para hacer realidad el uso práctico de los ordenadores cuánticos una vez que se disponga de un FTQC representa otra prioridad.

Los simuladores cuánticos, que pueden imitar digitalmente la computación cuántica, constituyen un puente vital hacia el desarrollo de una computación cuántica práctica y tolerante a fallos.

A diferencia de los ordenadores cuánticos actuales, los simuladores cuánticos pueden realizar cálculos sin errores y de pasos largos (similares a los cuánticos), ya que no dependen de qubits propensos a errores. Sin embargo, como los simuladores cuánticos sólo reproducen digitalmente el cálculo cuántico en ordenadores clásicos, no pueden realizar una aceleración cuántica real, un beneficio esperado de los ordenadores cuánticos prácticos.

Para resolver estos problemas, Fujitsu y RIKEN han lanzado una nueva plataforma híbrida de computación cuántica que combina las ventajas de los ordenadores cuánticos superconductores y los simuladores cuánticos, contribuyendo en última instancia a un mayor uso del ordenador cuántico superconductor desarrollado en el Centro de Colaboración RQC-Fujitsu de RIKEN y al desarrollo de nuevas aplicaciones cuánticas.

Acerca del nuevo ordenador cuántico superconductor de 64 qubits desarrollado en el Centro de Colaboración RQC-Fujitsu de RIKEN
El nuevo ordenador cuántico superconductor de 64 qubits utilizado en la nueva plataforma de computación cuántica híbrida aprovecha la tecnología del primer ordenador cuántico superconductor de Japón anunciado por RIKEN en marzo de 2023 como parte del programa insignia Quantum Leap del Ministerio de Educación, Cultura, Deporte, Ciencia y Tecnología de Japón (MEXT Q-LEAP) (Jefe de equipo: Yasunobu Nakamura; Subvención núm. JPMXS 0118068682), y ha sido desarrollado en el Centro de Colaboración RQC-Fujitsu de RIKEN en cooperación con Nippon Telegraph and Telephone Corporation (NTT) (3). El ordenador incluye un chip integrado de 64 qubits superconductores (un elemento central para las funciones de cálculo de los ordenadores cuánticos) y utiliza un esquema de cableado vertical similar al del ordenador cuántico de RIKEN, lo que lo hace escalable para futuras ampliaciones. Además, aprovecha el software de control de qubits construido por NTT para lograr un control de alta precisión de los qubits. El nuevo ordenador cuántico superconductor permite calcular idealmente hasta 2 64 estados cuánticos de superposición y entrelazamiento, lo que se espera que posibilite cálculos a una escala que ha sido difícil alcanzar con los ordenadores clásicos.

I+D de algoritmos cuánticos híbridos
Fujitsu y RIKEN siguen desarrollando algoritmos cuánticos híbridos que vinculan la computación cuántica y la HPC para contribuir a la solución de problemas en diversos sectores. Como parte de su actual investigación conjunta, ambas partes han desarrollado un algoritmo cuántico híbrido en el que un simulador cuántico realiza parte del cálculo de un algoritmo para un ordenador cuántico.

El algoritmo permite calcular grandes moléculas con gran precisión utilizando algoritmos cuánticos y la Teoría de Inclusión de Matrices de Densidad (DMET), un método de cálculo de química cuántica para dividir grandes moléculas en múltiples fragmentos pequeños. Fujitsu y RIKEN aplicaron este algoritmo al cálculo de la energía de estado básico de la molécula H12 (una molécula en cadena formada por doce átomos de hidrógeno) y lo combinaron con una tecnología de corrección del cálculo cuántico basada en IA para mitigar los efectos del ruido en los ordenadores cuánticos. De este modo, Fujitsu y RIKEN confirmaron por primera vez que los cálculos de energía pueden realizarse con mayor precisión que los algoritmos clásicos existentes (CCSD(T)).

Además de proporcionar esta tecnología en la nueva plataforma híbrida de computación cuántica en el futuro, Fujitsu seguirá trabajando para la realización de un corredor de cargas de trabajo informáticas, un software basado en IA que selecciona automáticamente entre diferentes recursos informáticos y algoritmos para ofrecer la solución óptima a los problemas de los clientes.

Acerca de la nueva plataforma híbrida de computación cuántica
La nueva plataforma se implementa como una arquitectura en la nube escalable mediante la utilización de servicios en la nube como el servicio de computación sin servidor AWS Lambda proporcionado por Amazon Web Services (4). Ofrece a las empresas e instituciones de investigación que colaboran con Fujitsu y RIKEN un entorno de acceso sin fisuras tanto para el ordenador cuántico como para el simulador cuántico a través de API comunes.

Las dos partes prevén que la nueva plataforma permitirá alternar de forma flexible entre la computación cuántica y la simulación cuántica, lo que resulta necesario para el desarrollo de algoritmos híbridos que utilizan tanto ordenadores clásicos como cuánticos, como el algoritmo Variational Quantum Eigensolver (VQE) para el cálculo de la energía molecular en química cuántica o los algoritmos de aprendizaje automático cuántico en finanzas. Fujitsu y RIKEN esperan además que la nueva plataforma pueda vincularse en el futuro a bibliotecas externas de cálculo de química cuántica.

Presentación de la nueva plataforma de computación cuántica híbrida

Planes de futuro
De cara al futuro, Fujitsu y RIKEN seguirán desarrollando conjuntamente en el Centro de Colaboración RQC-Fujitsu de RIKEN un ordenador cuántico a gran escala con 1.000 qubits y proporcionarán las tecnologías desarrolladas conjuntamente a través de la nueva plataforma cuántica híbrida.

RIKEN y Fujitsu reforzarán su cooperación en el desarrollo de aplicaciones prácticas para ordenadores cuánticos y promoverán la I+D de tecnología de simulación de computación cuántica y tecnología de software que orqueste la computación cuántica con HPC.
Fujitsu ha llevado a cabo investigaciones conjuntas con Fujifilm Corporation (5), Tokyo Electron Limited (6), Mizuho DI Financial Technology Co. (7) y Mitsubishi Chemical Group Corporation (8) sobre el desarrollo de aplicaciones cuánticas pioneras utilizando simuladores cuánticos.

De cara al futuro, Fujitsu, en cooperación con RIKEN, pretende acelerar la investigación conjunta utilizando la nueva plataforma híbrida con diversas empresas, universidades e institutos de investigación, y ampliar la búsqueda de aplicaciones cuánticas híbridas prácticas en diversos campos, como los materiales, las finanzas y el descubrimiento de fármacos.

Comentarios de los socios de investigación conjunta de Fujitsu

Comentario de Yukihiro Okuno, Investigador Científico Senior del Centro de Tecnología de Análisis de Fujifilm Corporation:
"Prevemos que la capacidad de cálculo ultrarrápido de los ordenadores cuánticos permitirá realizar cálculos químicos de alta precisión sin precedentes, lo que contribuirá en gran medida al desarrollo de materiales. Fujifilm aprovechará la nueva plataforma híbrida de computación cuántica para investigar los efectos del ruido en los resultados actuales de la computación cuántica. También seguiremos desarrollando materiales innovadores mediante la aplicación de la computación cuántica".

Comentario de Tsuyoshi Moriya, Vicepresidente del Centro de Diseño Digital de Tokyo Electron Limited:
"En el campo de la química computacional, los ordenadores cuánticos tienen el potencial de realizar cálculos de gran precisión que no han sido posibles con los ordenadores clásicos. Tokyo Electron está llevando a cabo esta investigación conjunta como parte de un estudio de viabilidad para utilizar los ordenadores cuánticos en el desarrollo de procesos de fabricación de semiconductores y en el desarrollo de materiales."

Comentario de Kazuya Kaneko, ingeniero financiero de Mizuho-DL Financial Technology Co:
"Los dispositivos de circuitos cuánticos y los simuladores de circuitos cuánticos a gran escala son esenciales en la investigación para la evaluación del rendimiento y la demostración de aplicaciones cuánticas y algoritmos de corrección de errores. Mediante esta investigación conjunta, pretendemos establecer tecnologías fundacionales para aplicaciones en los campos de la ingeniería financiera y la ciencia de datos, con el objetivo último de implantar la computación cuántica en la sociedad."

Comentario de Qi Gao, Científico Jefe Senior del Laboratorio de Diseño de Materiales del Centro de Ciencia e Innovación de Mitsubishi Chemical Group Corporation:
"El enfoque convencional para el descubrimiento de nuevos materiales y nuevos fármacos es extremadamente costoso y lento. Para acelerar los ciclos del descubrimiento científico, estamos promoviendo un nuevo sistema de I+D que permita obtener predicciones de propiedades rápidas y precisas utilizando ordenadores cuánticos.
Como parte de este esfuerzo, estamos llevando a cabo una investigación conjunta con Fujitsu, con el objetivo de combinar la computación cuántica a gran escala con otras tecnologías emergentes en el futuro para crear innovaciones en los campos del descubrimiento de materiales y fármacos."

Notas
- [1] El mayor : El mayor simulador cuántico permanente del mundo dedicado al método vectorial de estados (a partir de septiembre de 2023, según Fujitsu)
- [2] CCSD(T) : Coupled Cluster Single, Double, (and Triple), un método computacional conocido como computación de alta precisión en cálculos de química cuántica.
- [3] Nippon Telegraph and Telephone Corporation (NTT) : Sede central: Chiyoda-ku, Tokio, Japón; Presidente: Akira Shimada
- [4] Amazon Web Services (AWS) : Servicio global de computación en nube que Amazon Web Services lleva ofreciendo desde 2006.
- [5] Fujifilm Corporation : Sede central: Minato-ku, Tokio, Japón; Presidente y CEO: Teiichi Goto
- [6] Tokyo Electron Limited : Sede central: Minato-ku, Tokio, Japón; Director Representante, Presidente y CEO: Toshiki Kawai
- [7] Mizuho DI Financial Technology Co., Ltd. : Sede central: Minato-ku, Tokio, Japón; Presidente y Consejero Delegado: Takahiko Yasuhara
- [8] Mitsubishi Chemical Group Corporation : Sede central: Chiyoda-ku, Tokio, Japón; Presidente y CEO: Jean-Marc Gilson

Enlaces relacionados
- RIKEN y Fujitsu ponen en marcha en Japón un centro de I+D en colaboración como primer paso hacia la realización de ordenadores cuánticos superconductores (comunicado de prensa, 1 de abril de 2021)
- Fujitsu logra un importante hito técnico con el simulador cuántico de 36 qubits más rápido del mundo (comunicado de prensa, 30 de marzo de 2022)
- Fujitsu desarrolla tecnología de computación híbrida cuántica/HPC para optimizar la intermediación de soluciones para los clientes (nota de prensa, 8 de noviembre de 2022)
- Un grupo conjunto de investigación japonés lanza un servicio de computación cuántica en la nube (comunicado de prensa, 24 de marzo de 2023)

Date: October 24, 2023
City: Madrid