QSysArch - Quantum Computer System Architecture

QPU: Unidad de Procesamiento Cuántico

Fri, 31 Jul 2026 00:00:00 +0000

No siempre es fácil encontrar imágenes de los chips de silicio de los cúbits superconductores. Esta página pretende ser una colección de imágenes disponibles públicamente, centradas específicamente en los cúbits superconductores (transmones y cúbits de espín).

Nota: este es un trabajo en progreso. Última actualización: julio de 2026.

MIT, Laboratorio de Investigación de Electrónica (RLE) Link to heading

Electrodinámica cuántica de guías de onda: Se ilustran imágenes ópticas de la capa de cúbits (izquierda) y la capa de interposición (derecha) con los cúbits y las diferentes líneas de señal coloreadas artificialmente.

QEC: Qubit lógico con corrección de errores cuánticos (parte 1)

Sat, 18 Jul 2026 00:00:00 +0000

A primera vista, la corrección de errores cuánticos parece sencilla: agrupar los cúbits físicos en un cúbit lógico, aplicar un método para mantener la coherencia entre ellos y, a continuación, operar circuitos cuánticos utilizando estos cúbits lógicos.

Fuente de la imagen: Riverlane

Pero en la práctica, este primer paso dista mucho de ser obvio. ¿Cómo se crean y mantienen esos cúbits lógicos? Por ejemplo, desde la perspectiva de un Sistema de Control Cuántico (SCC) (como QM OPX1000, ZI ZQCS o Qblox Q1 Cluster), ¿qué se necesita para “operar” u “orquestar” el cúbit lógico? Y una vez que este cúbit lógico está “listo” para ser operado, ¿qué se necesita para usarlo para realizar computación cuántica, a través de los circuitos cuánticos compuestos por puertas de 1 y 2 cúbits? Esta sencilla pregunta no se refiere únicamente al sistema de control de hardware, sino también a la pila de software, especialmente a los compiladores: ¿Tenemos ahora varios compiladores, uno para los cúbits físicos y otro para los cúbits lógicos? Y en lo que respecta a la escalabilidad, ¿qué se necesita para que los compiladores puedan gestionar la complejidad que supone el procesamiento de 10 000 cúbits físicos en un entorno heterogéneo compuesto por GPU/QPU híbridas y QCS? ¡Son preguntas sencillas, pero con respuestas complejas!

Metrología de semiconductores: mediciones a escala atómica

Fri, 10 Jul 2026 00:00:00 +0000

Este breve memorándum resume las metodologías utilizadas en la metrología de semiconductores, utilizadas para la inspección de obleas de silicio.

La metrología de semiconductores implica la medición y el análisis precisos de las obleas utilizadas para producir circuitos integrados de aplicación específica (ASIC). El objetivo es garantizar la calidad y el rendimiento de la colocación de transistores a escala atómica durante la fabricación del dispositivo, ya que incluso una desviación de un picómetro en el proceso de fabricación afectaría el rendimiento.

xPUs: Microarquitecturas de aceleración de hardware para inferencia de IA

Sun, 28 Jun 2026 00:00:00 +0000

xPU: Es un término genérico para una Unidad de Procesamiento (PU) especializada, donde “x” puede representar cualquier arquitectura de computación personalizada para una carga de trabajo específica. Las variantes comunes incluyen GPU (gráficos), TPU (tensor/IA), NPU (neuronales), DPU (datos) o PPU (pulsos, principalmente utilizadas para pilas de control cuántico).

Este breve informe tiene como objetivo proporcionar información sobre el panorama del mercado de xPU aplicado a la inferencia de IA.

Modalidades de cúbits: Arquitectura de QPU Transmon

Sun, 14 Jun 2026 00:00:00 +0000

Antes de adentrarnos en el fantástico mundo de la corrección de errores cuánticos, pensé que sería útil incluir una breve explicación sobre la arquitectura de las QPU y, en particular, cómo se implementan las puertas de 1 y 2 cúbits a nivel de silicio del hardware.

El reto a la hora de redactar un memorándum de este tipo reside en que existen muchas arquitecturas o modalidades de QPU, así que empezaré con una de las modalidades más comunes: el cúbito Transmon superconductor.

Ilustraciones

Sat, 04 Apr 2026 18:44:19 +0200

Se dice que “una imagen vale más que mil palabras”. Me apasiona crear diseños de sistemas bien ilustrados y compartirlos con la comunidad. Cuando no uso mi computadora para dibujar con la aplicación drawio, también me encanta tomar notas y dibujar diagramas a mano.

Todos los diagramas que aparecen a continuación se publican bajo licencias de código abierto. Así que, ¡úsalos, modifícalos, haz lo que quieras! Adelante, siempre y cuando atribuyas la autoría a qsysarch.com. Ten en cuenta también que algunos de los iconos de estas ilustraciones requieren una atribución adicional al magnífico repositorio icons8.com.

Núcleos de multiplicación de matrices general (GEMM)

Sat, 28 Mar 2026 00:00:00 +0000

Este documento retoma los fundamentos de las GPU. Se centra en la operación clave del aprendizaje profundo: la multiplicación de matrices. Primero, describiré la implementación básica y académica. Luego, analizaré las optimizaciones necesarias para usar la GPU de manera eficiente.

Entendiendo el multiplicador de matrices ingenuo Link to heading

Comencemos con este ejemplo básico que se suele encontrar en los libros de texto.

  
/**
* Kernel to perform matrix multiplication C = A × B
* A is of size N x M, B is M x N, and C is N x N
* Each thread computes one element of matrix C.
*/

__global__ void naive_matrix_multiply(float* A, float* B, float* C) {

// Calculate global row and column for this thread
int row = blockIdx.y /* 0...16 */ * blockDim.y + threadIdx.y;
int col = blockIdx.x /* 0...16 */ * blockDim.x + threadIdx.x;

if (row < N && col < N) {
float sum = 0.0f;
for (int k = 0; k < M; k++) {
// C[row][col] = sum(A[row][i] * B[i][col])
sum += A[row * N + k] * B[k * N + col];
}
C[row * N + col] = sum;
}

}

A primera vista, esto parece sencillo. Simplemente se calcula cada celda de la matriz de salida C. Este código kernel parece cumplir con su cometido. Aquí se muestra una representación más visual del kernel.

Ingeniería de capacidad y eficiencia

Sun, 22 Mar 2026 00:00:00 +0000

Recientemente me topé con el concepto de Ingeniería de Capacidad y Eficiencia, que es la disciplina de diseñar y operar sistemas de manera óptima. Es un pilar clave de la arquitectura de sistemas y es especialmente importante cuando la escala es crucial, como en los sistemas de computación cuántica.

En resumen, la ingeniería de capacidad y eficiencia es la ciencia o disciplina que optimiza la producción. Esto se logra equilibrando la producción máxima (capacidad) con el consumo de recursos (eficiencia).

Unidad de Procesamiento Tensorial (TPU): Arquitectura de Sistema de Alto Nivel

Fri, 12 Dec 2025 00:00:00 +0000

En un mundo donde la IA consume mucha energía, la Unidad de Procesamiento Tensorial (TPU) supone un cambio radical. Se trata de un chip diseñado a medida por Google específicamente para tareas de aprendizaje automático.

Este breve memorándum pretende ofrecer una visión general del sistema, a alto nivel, de la arquitectura de las TPU y de cómo han evolucionado desde su creación en 2016.

También intentaré responder a esta pregunta fundamental: ¿por qué necesitamos TPU si ya tenemos GPU? ¿Qué ventajas ofrecen que las GPU no tengan? ¿Cómo se comparan con los circuitos integrados neuromórficos? ¿Y existe alguna arquitectura alternativa a las TPU y las GPU?

Reescritura de AST de Python: compilación sin reducción

Sat, 06 Dec 2025 00:00:00 +0000

Antes de adentrarme en el fantástico mundo del compilador Cuda-Q, pensé que valdría la pena escribir una breve nota sobre el arte de la reescritura de AST.

Cabe preguntarse: ¿cuál es la diferencia entre la reescritura del AST y la compilación? En resumen, toda compilación incluye la reescritura del AST, pero no toda reescritura del AST se considera compilación.

Además, la compilación es el proceso de convertir el código de un lenguaje a otro, mientras que la reescritura del AST generalmente se mantiene dentro del mismo lenguaje.

Organizar la complejidad: más arquitectura, menos fontanería

Sun, 30 Nov 2025 00:00:00 +0000

Este memorándum es una transcripción del Observatorio de Largo Plazo, seguida de una digresión personal sobre el papel del arquitecto en las ampliaciones de escala.

Aprendiendo de la planificación urbana de Manhattan Link to heading

Las calles estrechas e irregulares del sur de Manhattan, con nombres impredecibles e intersecciones en todo tipo de ángulos, contrastan marcadamente con el resto de Nueva York, que tiene un trazado cuadriculado con calles (desde la Primera hasta la 220) y avenidas (desde la Primera hasta la Duodécima) anchas que se cruzan en ángulo recto.

Circuitos integrados neuromórficos: arquitectura de sistemas de alto nivel

Fri, 28 Nov 2025 00:00:00 +0000

Recientemente escuché sobre las Unidades de Procesamiento Neuromórfico, o NPU, mientras hablaba de Neuralink. Estas NPU no tienen nada que ver con la computación cuántica, pero pensé que sería interesante dedicar un tiempo a inspirarme con una nueva arquitectura de procesamiento. Y, de hecho, uno de los principales proveedores de circuitos integrados en este campo es una empresa holandesa llamada Innatera. El último circuito integrado de Innatera, Pulsar, se basa en redes neuronales de impulsos de bajo consumo (ver la imagen de la derecha).

Arquitectura de compiladores de GPU: CUDA, Triton y DeepSeek

Sun, 16 Nov 2025 00:00:00 +0000

Al compilar para GPU NVIDIA, CUDA suele considerarse el marco de compilación de referencia. Pero, ¿cómo funciona realmente el compilador? ¿Qué tipo de arquitectura de conjunto de instrucciones (ISA) necesita generar al crear un ejecutable para la GPU? ¿Y cómo funciona realmente el compilador? ¿Qué tipo de arquitectura se utiliza para generar código que se pueda lanzar desde una CPU y ejecutar en una GPU?

Este informe dominical pretende ser una descripción general de alto nivel de la arquitectura del compilador de GPU de NVIDIA. Cubre el conjunto de instrucciones de la GPU, el compilador NVCC en el marco de trabajo CUDA y, finalmente, arquitecturas alternativas que utilizan el conjunto de instrucciones de la GPU.

Modelado del pulso: El pulso DRAG

Sat, 08 Nov 2025 00:00:00 +0000

Cuando se trata de mejorar la fidelidad de los cúbits, una pregunta indirecta es si se puede mejorar la fidelidad de las compuertas “moldeando” pulsos que son simplemente más complejos que los pulsos gaussianos simples. Y la respuesta es: “¡echemos un vistazo al pulso _DRAG”!

La verdadera razón del interés en el DRAG Pulse es el comentario de Joseph Bardin en la presentación del video de Google sobre el Cryo Pulse Modulator:

[21:08] Lo que nos dimos cuenta es que, si no intentamos hacer cosas como el arrastre, solo necesitamos una envolvente simétrica. Coseno elevado o gaussiana: ambas son simétricas. Así que lo que hicimos fue construir una matriz de fuentes de corriente programables y luego tener las funciones habilitadoras apropiadas para crear este tipo de forma de onda de corriente con forma de pastel de bodas. Y así podemos programar las amplitudes y demás.

NVQLink: Arquitectura de sistema unificado GPU-Quantum de Nvidia

Tue, 28 Oct 2025 00:00:00 +0000

Estoy muy feliz de ser parte del equipo en Qblox que ha estado y sigue trabajando activamente con Nvidia para promover el estándar NVQLink, como una forma de interconectar sistemas heterogéneos calculados en GPU, CPU y QPU (procesador cuántico, incluidos los controladores cuánticos de interfaz que Qblox está desarrollando).

NVQLink de un vistazo Link to heading

NVQLink no es otro “cable” para conectar GPU a procesadores Quantum, sino más bien un marco completo que permite interconectar dispositivos heterogéneos, desde la red hasta la pila de software:

QRAM como matriz de bits cuánticos

Sun, 26 Oct 2025 00:00:00 +0000

¿Qué es un cúbit? (Créditos: Microsoft )

Es bien sabido que la industria de la computación cuántica aún se encuentra en sus primeras etapas, con la esperanza de alcanzar hitos importantes en un plazo de 5 a 10 años. Este informe dominical es una sesión de intercambio de ideas sobre la posible arquitectura futura de las máquinas de computación cuántica.

Antes de continuar leyendo, tenga en cuenta que lo que sigue es solo una mirada a posibles futuros, no una predicción de lo que sucederá o debería suceder. Como dijo Steve Jobs:

GPUDirect RDMA: la vida de un paquete RoCE

Sat, 18 Oct 2025 00:00:00 +0000

Este memorándum tiene como objetivo comprender el funcionamiento interno de RDMA, y especialmente lo que se necesita para crear una “NIC compatible con RDMA” que se interconecte con un subsistema PCIe, como el connectX-7 de 200 Gb integrado con el DGX Spark (imagen de la derecha).

RDMA como protocolo “cliente-servidor” Link to heading

Comencemos este memorándum con una descripción general de RDMA como protocolo.

Corrección de errores cuánticos: La vida de un cúbit

Wed, 08 Oct 2025 00:00:00 +0000

La corrección de errores cuánticos, también conocida como QEC, es una de las áreas de investigación más activas en la computación cuántica actual. El objetivo de la QEC es proteger la información cuántica, frágil y almacenada en los cúbits, del ruido y la decoherencia.

La fiabilidad de un cúbit se mide en función de la probabilidad de error, y los cúbits físicos actuales pueden alcanzar un orden de magnitud de aproximadamente 1 error en 10 000 operaciones de puerta (10⁻⁴). Sin embargo, para ser totalmente eficientes, la tasa de error de puerta debe ser de al menos 1 en 1000 millones (10⁻⁹), o incluso 1 en un billón (10⁻¹²).

Computadoras y controladores criogénicos

Sun, 05 Oct 2025 00:00:00 +0000

Fuente: Una interfaz criogénica para controlar muchos cúbits ( arXiv:1912.01299 )

Existen varios tipos de modalidades de cúbits, y una de las más prometedoras es el cúbit superconductor.

El principal desafío de la modalidad de cúbits superconductores radica en su alta sensibilidad al ruido ambiental y su menor vida útil en comparación con otras modalidades. Además, los cúbits superconductores requieren operar a temperaturas criogénicas, lo que exige el uso de sistemas de refrigeración especializados.

¿Qué máquina para algoritmos cuánticos?

Sun, 28 Sep 2025 00:00:00 +0000

En el mundo de la computación clásica, una máquina de Turing se representa típicamente como una máquina abstracta capaz de implementar cualquier algoritmo informático clásico mediante estados, cinta magnética y un cabezal de lectura/escritura. Las primeras computadoras, que datan de la década de 1950, eran enormes ordenadores centrales que implementaban una arquitectura de Turing de este tipo.

Pero ¿qué ocurre con los algoritmos cuánticos? ¿Qué se necesita para implementarlos? Existe un consenso general de que las computadoras centrales de antaño son a las computadoras clásicas lo que la pila de control cuántico actual es a las computadoras cuánticas. También existe un consenso general de que el salto de las computadoras centrales a las computadoras cuánticas compactas, escalables y eficientes se producirá en los próximos 5 a 10 años.

3 azules 1 marrón: Algoritmo de Grover

Tue, 23 Sep 2025 00:00:00 +0000

Pero, ¿qué es la computación cuántica? No te pierdas este fantástico vídeo de 3Blue1Brown.com.

Aquí tenéis algunos de los diagramas más inspiradores de esta charla:

Bit clásico vs. Bit cuántico Link to heading

Puertas lógicas clásicas frente a puertas cuánticas Link to heading

RoCEv2: Protocolo de transporte InfiniBand

Mon, 22 Sep 2025 00:00:00 +0000

Antes trabajaba en Spirent, una empresa de pruebas y mediciones que desarrolla sistemas de prueba para redes de alto rendimiento. El producto se llamaba Test Center y, junto con un equipo muy talentoso, desarrollábamos el sistema utilizado para probar los sistemas RoCEv2. Mi trabajo se centraba especialmente en el control de flujo de prioridad (PFC) y en cómo habilitarlo para el analizador y generador de paquetes (PGA) basado en FPGA de 800 Gbps.

Sistema de componentes de entidades cuánticas

Sun, 21 Sep 2025 00:00:00 +0000

Recientemente me topé con una publicación en ycombinator sobre el paradigma del Sistema de Componentes de Entidad (ECS), a menudo abreviado como ECS. Una de las primeras ideas que me vinieron a la mente después de leer el concepto en detalle fue cómo se podría aplicar dicho paradigma al mundo de los Sistemas de Computación Cuántica y, de ser así, si tiene sentido en absoluto.

Como de costumbre, comencé a pedirle a ChatGPT una visualización del “Sistema de Componentes de Entidad aplicado a un sistema de control cuántico” (izquierda) y su opuesto, “cúbit cuántico controlado por un Sistema de Componentes de Entidad” (derecha). Es difícil encontrarle sentido, salvo por el hecho de que, en el primer caso, el “humano” es el sistema, mientras que en el segundo, el cúbit parece ser el sistema.

El confuso mundo de RDMA e InfiniBand

Tue, 16 Sep 2025 00:00:00 +0000

En el contexto de las GPU, RDMA está asociado a numerosos términos técnicos: GPU-direct, NvLink, NVLink Fusion, InfiniBand, Quantum InfiniBand, GPUNetIO y DOCA. Esto puede resultar confuso, pero ¿quizás no tenga por qué serlo?

Este artículo está escrito en forma de nota personal, con el objetivo de explicar las diversas tecnologías y visualizarlas mediante algunos diagramas.

GPU Direct y RDMA: Marketing vs. Tecnología. Link to heading

Empecemos in medias-res, con la confusa página GPUNetIO de la documentación oficial de Nvidia:

El secreto de Rust: ¿tipos más precisos?

Sun, 14 Sep 2025 00:00:00 +0000

Raph Levien es famoso por su implementación ultraeficiente del motor de renderizado de glifos más rápido del mundo, utilizando un ingenioso diseño SIMD basado en Rust. Su trabajo me inspiró mucho cuando diseñaba una GPU SIMD en Bestechnics en 2023. Posteriormente, Ralf Levien también trabajó en una versión para GPU de este motor de renderizado de glifos.

Así que, cuando me topé con su última charla sobre “Cómo ganó Rust: la búsqueda de un software fiable y de alto rendimiento”, decidí dedicar una hora de mi tiempo a ver la charla y extraer cualquier idea que valiera la pena aprender.

Utilizar la IA para mejorar los sistemas cuánticos

Fri, 12 Sep 2025 00:00:00 +0000

El uso de la IA, o más precisamente de las redes neuronales (RN), no solo es obvio, sino que se convertirá en una parte casi indispensable de cualquier sistema en 2025. No es de extrañar que se hayan publicado numerosos artículos de investigación sobre este tema. Sin embargo, la investigación más reciente ha llevado los límites a un nivel superior al permitir la integración de alto rendimiento de redes neuronales dentro del sistema de control cuántico.

Acerca de

Mon, 18 Aug 2025 11:01:21 -0400

Soy Ronan y dirijo el departamento de Ingeniería de Software Cuántico en Equal1. Diseñamos y construimos ordenadores cuánticos totalmente integrados utilizando tecnología avanzada basada en espín. Equal1 tiene oficinas en Irlanda, Estados Unidos, Canadá, Japón, Rumanía y los Países Bajos, donde resido. Anteriormente, trabajé en Qblox, una empresa que fabrica sistemas de control cuántico.

En Equal1, me centro en el desarrollo del sistema integral que impulsa nuestra computadora cuántica de alto rendimiento RacQ. Este sistema está diseñado para escalar a miles de cúbits lógicamente corregidos e incluso más. Algunos lo denominan el «cerebro» de los procesadores cuánticos (QPU).

¿Dónde está mi cúbit?

Mon, 18 Aug 2025 00:00:00 +0000

Una de las cosas interesantes de los cúbits es que… bueno, no siempre se sabe con certeza dónde están. Por lo tanto, esto no sorprende, ya que la computación cuántica aún se encuentra en su fase inicial de desarrollo. Recordemos la época en que se investigaban los transistores y se utilizaban equipos de prueba voluminosos para determinar si funcionaban como se esperaba. Hoy en día, ocurre algo similar con los bits cuánticos.

Primeros pasos con qsysarch.com

Fri, 08 Aug 2025 00:00:00 +0000

Este blog pretende ser una guía práctica y sencilla para construir tu propio ordenador cuántico.

No quiero decir que construir una computadora cuántica sea algo sencillo, sino que, si existiera una forma fácil de explicar a quienes no son especialistas cómo se construye una, sería muy útil. Me gusta compararlo con la forma en que se construyen las computadoras de escritorio convencionales: una CPU, memoria, disco duro, una GPU, todo en una placa base. Pero, ¿qué ocurre con una computadora cuántica? ¿Se puede construir de forma similar?

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Más allá del cúbit: Diseño de sistemas de computación cuántica escalables y heterogéneos

La computación cuántica suele representarse como una unidad de procesamiento cuántico (UPC) mágica que opera cúbits. En realidad, lograr la ventaja cuántica es un trabajo en equipo que requiere muchos más sistemas heterogéneos y de alto rendimiento. Este blog explora este ecosistema.

Redes resilientes para vehículos autónomos

Sat, 01 Jan 0000 00:00:00 +0000

Esta es una descripción general muy rápida de la arquitectura de red VayNet:

Además del uso de un canal de red redundante 4x (mediante multiplexación de canal con pulverización inteligente de paquetes), también anuncian el uso de L4S, también conocido como pila de red escalable de baja latencia y baja pérdida, mediante el mecanismo “ECN” o Notificación de Control Explícito dentro de la pila TCP. Sería interesante ver cómo se podría usar Amarisoft para validar la eficiencia de L4S en entornos emulados.