Microsoft presenta un chip que permitirá desarrollar ordenadores comerciales cuánticos "en cuestión de años"

• Emplea el "primer" topoconductor del mundo, un material que utiliza partículas de Majorana para producir cúbits
• Según sus creadores, la nueva arquitectura permitirá implementar un millón de cúbits en un chip que cabe en la palma de la mano

El topoconductor es un material que puede crear un estado completamente nuevo de la materia. REUTERS via MICROSOFT

Microsoft ha presentado Majorana 1, un nuevo chip cuántico impulsado por una arquitectura conocida como núcleo topológico, con la que espera, dice la compañía, conseguir ordenadores cuánticos comerciales capaces de resolver problemas complejos "en años en lugar de décadas". El gigante informático se suma así a Google e IBM en la predicción de que este salto trascendental para la tecnología informática está mucho más cerca de lo que se creía hasta ahora.

Para crear el nuevo chip, Microsoft ha empleado el "primer" topoconductor del mundo, un tipo de material innovador que puede observar y controlar partículas de Majorana para producir cúbits —componentes básicos de los computadores cuánticos—, más fiables y escalables. Los detalles se publican en la revista Nature y según los autores, esta nueva arquitectura ofrece "un camino claro" para implementar un millón de cúbits en un solo chip que puede caber en la palma de la mano.

El topoconductor, o superconductor topológico, es una categoría especial de material que puede crear un estado completamente nuevo de la materia. No un estado sólido, líquido o gaseoso, sino un estado topológico, explica la tecnológica. Esto se aprovecha para producir un cúbit más estable que es rápido, pequeño y puede controlarse digitalmente, "sin los inconvenientes que requieren las alternativas actuales".

El artículo de Nature describe cómo los investigadores pudieron crear "las exóticas propiedades" cuánticas del cúbit topológico y también medirlas con precisión, "un paso esencial para la computación práctica". Este avance, explican sus responsables, ha exigido el desarrollo de una estructura de materiales totalmente nueva, gran parte de la cual fue diseñada y fabricada átomo a átomo.

Microsoft ha colocado 8 cúbits topológicos en un chip diseñado para escalar a un millón. REUTERS via MICROSOFT

Partículas de Majorana

El objetivo era crear nuevas partículas cuánticas llamadas Majoranas y aprovechar sus propiedades únicas. "El primer núcleo topológico del mundo que alimenta el Majorana 1 es fiable por diseño, incorporando tolerancia a errores en el hardware, lo que lo hace más estable". Ahora, la compañía ha colocado 8 cúbits topológicos en un chip diseñado para escalar a un millón, informa la web. "De la misma manera que la invención de los semiconductores hizo posible los 'smartphones', los ordenadores y, en definitiva, toda la electrónica que nos rodea hoy, los topoconductores y el nuevo tipo de chip ofrecen un camino para desarrollar sistemas cuánticos que pueden escalar a un millón de cúbits. Gracias a esto, serán capaces de abordar los problemas más complejos de nuestro mundo".

El chip Majorana 1 de Microsoft ha estado en desarrollo durante casi dos décadas y se basa en una partícula subatómica llamada fermión de Majorana, o partícula de Majorana, cuya existencia fue teorizada por primera vez en la década de 1930. Esta partícula tiene propiedades que la hacen menos propensa a los errores que afectan a las computadoras cuánticas, pero ha sido difícil para los físicos encontrarla y controlarla.

Microsoft explica que ha creado el nuevo chip utilizando arseniuro de indio y aluminio. El dispositivo usa un nanohilo superconductor para observar las partículas y puede ser controlado con equipos informáticos estándar. El chip tiene muchos menos cúbits que los de Google e IBM, pero Microsoft cree que, debido a sus menores tasas de error, se necesitarán muchos menos cúbits basados en Majorana para fabricar computadoras útiles.

El mundo cuántico funciona de acuerdo con las leyes de la mecánica cuántica, y se basa en cúbits, o bits cuánticos. Pero los cúbits son sensibles a las perturbaciones y errores de su entorno, lo que provoca que se desintegren y pierdan información. Su estado también puede verse afectado por la medición, un problema esencial para la computación. Un reto inherente es desarrollar un cúbit que pueda medirse y controlarse, al tiempo que ofrezca protección contra el ruido ambiental que los corrompe.

Los cúbits pueden crearse de distintas formas, cada una con sus ventajas e inconvenientes. Hace casi 20 años, Microsoft decidió adoptar este enfoque, el de desarrollar cúbits topológicos que, en su opinión, ofrecerían cúbits más estables y que requerirían menos corrección de errores, con lo que se obtendrían ventajas de velocidad, tamaño y capacidad de control. La desventaja era que hasta hace poco las partículas exóticas que Microsoft buscaba usar, llamadas Majoranas, nunca se habían observado ni generado, ya que no existen en la naturaleza y sólo pueden crearse con campos magnéticos y superconductores.

¿Cómo funciona la computación cuántica?

La computación cuántica promete realizar cálculos que llevarían millones de años en los sistemas actuales y podría desbloquear descubrimientos en medicina, química y muchas otras áreas donde el inabarcable número de posibles combinaciones de moléculas desafían a las computadoras clásicas. Basándose en las leyes de la mecánica cuántica, estos ordenadores serán capaces de aumentar exponencialmente su capacidad de cálculo y resolver problemas extremadamente complejos.

Este tipo de computación utiliza la física cuántica para procesar la información y resolver problemas. De esta manera, aplica al cálculo principios como la superposición, el entrelazamiento o la interferencia cuántica, lo que le permite superar las limitaciones de la informática convencional. En lugar de emplear bits, los sistemas cuánticos se basan en cúbits, que pueden representar simultáneamente múltiples estados gracias a la superposición y el entrelazamiento, lo que permite desdoblarse virtualmente y aumentar de manera exponencial la capacidad de cálculo. El mayor desafío de la computación cuántica es que los cúbits son muy propensos a errores, además de extremadamente difíciles de controlar.