Este chip 'súper resistente' de Microsoft traerá ordenadores cuánticos útiles en pocos años

La computación cuántica es una gran esperanza por las posibilidades que promete desbloquear para la ciencia y la tecnología. Pero también es una esperanza muy delicada, por lo fácil que es que los ingredientes necesarios para construir estos equipos se echen a perder. Estos ingredientes fundamentales son los conocidos como cúbits, elementos que, a diferencia de los bits de la informática tradicional, no tienen que elegir entre ser un 0 o un 1, sino que pueden ser ambos al mismo tiempo. Esa es una de las características que les permite tener una potencia capaz de resolver en unos segundos algo que uno de los mejores superordenadores del mundo tardaría millones de años en solucionar.

El problema es que los cúbits son muy sensibles al ruido, que es como se conocen las interferencias que pueden hacer que se desmoronen, pierdan información y dejen atrás su condición cuántica para comportarse como los bits de toda la vida. Esas alteraciones pueden ser variaciones térmicas, radiación electromagnética o microvibraciones en los materiales.

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El estado de gracia también puede irse al traste al combinar dos cúbits si la unión no está bien controlada o verse afectado por la medición, un problema mayúsculo porque la medición es esencial para hacer funcionar los ordenadores cuánticos. La lista de posibles peligros es larga y se multiplica cuantos más elementos contenga el sistema. Es decir, a mayor número de cúbits, mayor probabilidad de que haya algo que los perturbe.

La industria lleva muchos años trabajando en formas para minimizar y resistir esos fallos y que se mantenga la coherencia cuántica. Una de las vías más conocidas es la de los cúbits redundantes, que son cúbits añadidos que no almacenan información, sino que su papel es el de absorber esos errores. El problema aquí es la escalabilidad. Para tener un ordenador de unos pocos miles de cúbits confiables, habría que construir uno con millones de ellos.

Pero Microsoft, uno de los gigantes tecnológicos metidos en esta carrera, acaba de presentar un nuevo chip cuántico que promete atajar este problema. Este desarrollo ha sido bautizado como Majorana 1 y, según aseguran sus responsables, permitirá crear ordenadores cuánticos capaces de “resolver problemas industriales significativos a escala”. Y lo más importante, “en años, no en décadas”. El nombre del chip se debe a Ettore Majorana, descubridor de los ferminones de majorana, unas particulas que al mismo tiempo pueden ser sus antipartículas, una característica que es sobre la que han basado su utilidad para computación cuántica.

"Un nuevo estado de la materia"

¿Cómo pretende la empresa de Satya Nadella lograr esto? Pues pretenden hacerlo gracias a un material desarrollado por ellos mismos que les ha permitido crear cúbits topoconductores, que, sin entrar en demasiados vericuetos técnicos, son mucho más resistentes a los errores que sufren otro tipo de cúbits. Google e IBM, por ejemplo, han apostado por los cúbits superconductores, una tecnología que necesita de temperaturas cercanas al cero absoluto y de una importante estrategia de corrección de errores que ambas compañías están desarrollando.

Intel, por su parte, está intentando aplicar un enfoque más cercano a las bases actuales de la microelectrónica. Honeywell, otro de los grandes jugadores, pretende utilizar cúbits atrapados en iones, que son más estables que los superconductores, pero más difíciles de escalar. Cada enfoque tiene sus ventajas teóricas y sus desventajas, y no hay un claro ganador. Pero lo interesante es que Microsoft, con su chip topológico, está apostando por un camino completamente diferente que aborda al mismo tiempo los dos principales problemas: la escalabilidad y la resistencia.

La compañía ha explicado este logro en un artículo publicado en Nature y ha detallado el proceso para crear las propiedades de estos cúbits, así como para medirlas con precisión, un paso clave para crear ordenadores que dejen atrás la condición de experimentales. En el texto, los investigadores explican que un superconductor topológico es un elemento que puede generar un estado nuevo de la materia que no es ni sólido, ni líquido ni gaseoso. Es precisamente ese nuevo estado el que les permite dar esa estabilidad extra a los cúbits. Era de sobra conocido que la multinacional había empezado a explorar esta vía hace años, pero el anuncio de hoy es un paso en firme hacia aplicaciones comerciales y de negocio.

Esta nueva fórmula exigió que los investigadores diseñasen y fabricasen prácticamente “átomo a átomo” el material, creado a partir de arseniuro de indio, un material que se utiliza actualmente en aplicaciones como detectores de infrarrojos y que tiene propiedades especiales. “El proceso ha sido complejo en el sentido de que hemos tenido que mostrar un nuevo estado de la materia para alcanzar este punto. Pero después de eso, es bastante simple”, comenta Krysta Svore, miembro del equipo de Microsoft. “Una vez logrado, se coloca como baldosas y tienes una arquitectura mucho más simple y que promete un camino mucho más rápido para escalar”, añade. Expertos consultados y referidos por Nature, apuntan a que hacen falta pruebas adicionales para asegurar que los cúbits de Microsoft se comportan tal y como se detalla en su artículo.

Los responsables del invento aseguran que, gracias a los avances vistos en Majorana 1, se podrán colocar un millón de cúbits en un solo chip que cabe en la palma de la mano. “Este es un umbral necesario para que las computaciones cuánticas brinden soluciones transformadoras al mundo”, afirman desde la compañía, que insiste en la necesidad de alcanzar estos guarismos.

El chip Majorama 1 está preparado para contener un millón de cúbits topológicos, aunque de momento tenga solo 8

“Si no es así, te encontrarás con un muro antes de llegar a la escala en la que puedes resolver problemas realmente importantes”. Eso sí, es importante señalar que todavía quedan etapas por superar, porque en esta primera versión del chip topológico que han presentado solo hay 8 de estos cúbits. Sin embargo, esto es suficiente como para que la multinacional asegure que han conseguido “una recompensa a la altura del riesgo” que tomaron hace 20 años cuando decidieron empezar a investigar un camino alternativo.

“Una computadora cuántica de un millón de cúbits no es solo un hito, es una puerta de entrada para resolver algunos de los problemas más difíciles del mundo”, explica Chetan Nayak, el ingeniero que dirige los esfuerzos de hardware cuántico de Microsoft. Señala que, a esta escala, se podrían lograr innovaciones como “materiales autocurativos que reparan grietas en puentes, agricultura sostenible y descubrimientos químicos más seguros”. “Lo que hoy requiere miles de millones de dólares en búsquedas experimentales y pruebas en laboratorios podría, en su lugar, resolverse mediante cálculos en una computadora cuántica”, sentencia.