Microsoft asegura haber hallado un nuevo estado de la materia para desarrollar ordenadores cu¨¢nticos en pocos a?os

Microsoft afirma haber encontrado el camino hacia el desarrollo de una computadora cu¨¢ntica ¨²til, viable, tolerante a fallos, escalable y comercializable antes de una d¨¦cada. El paso para este anuncio, publicado en Nature este mi¨¦rcoles, es la consecuci¨®n de un procesador fundamentado en lo que consideran un nuevo estado de la materia (¡°superconductividad topol¨®gica¡±), que solo exist¨ªa de forma te¨®rica, a partir de un tipo de part¨ªcula, llamada fermi¨®n de Majorana, que tiene propiedades cu¨¢nticas ¨²nicas para desarrollar un qubit topol¨®gico, m¨¢s resistente a los errores.

¡°Tendremos una computadora cu¨¢ntica tolerante a fallos en a?os, no en d¨¦cadas¡±, resalta Chetan Nayak, f¨ªsico, profesor en la Universidad de California y coautor del estudio como investigador principal de Microsoft Azure Quantum.

El optimismo de este anuncio se fundamenta en varios logros que la compa?¨ªa reivindica en la investigaci¨®n publicada. El m¨¢s importante es el desarrollo de un chip especial, un procesador denominado Majorana 1, a partir de una part¨ªcula ¨²nica fabricada por el equipo, que, en condiciones espec¨ªficas (-273,15 grados Celsius), alcanza un nuevo estado de la materia que se sumar¨ªa a los cl¨¢sicos s¨®lido, l¨ªquido, gaseoso y plasma.

¡°Esta revolucionaria clase de materiales nos permite crear la superconductividad topol¨®gica, un nuevo estado de la materia que anteriormente solo exist¨ªa en teor¨ªa. El avance se deriva de las innovaciones de Microsoft en el dise?o y fabricaci¨®n de dispositivos que combinan arseniuro de indio (un semiconductor) y aluminio (un superconductor). Cuando se enfr¨ªan hasta casi el cero absoluto y se sintonizan con campos magn¨¦ticos, estos dispositivos forman nanocables superconductores topol¨®gicos con Modos Cero de Majorana (MZM) en los extremos¡±, explica Nayak.

La part¨ªcula de Majorana es una propuesta te¨®rica de Ettore Majorana hace 88 a?os en el contexto de la f¨ªsica de part¨ªculas elementales. Encontrarla y dominarla en un material especial que garantice su estabilidad, conocido como superconductor topol¨®gico, ser¨ªa un paso definitivo en la f¨ªsica de la materia condensada y en la computaci¨®n cu¨¢ntica.

Para Microsoft, el nuevo estado topol¨®gico que afirma haber hallado permite el desarrollo de c¨²bits (la unidad b¨¢sica cu¨¢ntica, como lo es el bit en la inform¨¢tica cl¨¢sica) con gran robustez, protegidos de los errores, que es uno de los desaf¨ªos de la computaci¨®n cu¨¢ntica, ya que las propiedades que permiten al c¨²bit ofrecer capacidades exponencialmente superiores al bit solo duran milisegundos y cualquier interacci¨®n le lleva a perder sus propiedades.

Para desvelar la robustez de los c¨²bits ha sido necesaria la medici¨®n de paridad, una forma de comprobar de forma no destructiva si est¨¢n funcionando correctamente y la informaci¨®n se conserva sin errores. En este proceso se ha recurrido a mediciones de paridad de fermi¨®n de disparo ¨²nico, un tipo de proceso que aporta en un solo intento un resultado definitivo, sin necesidad de promediar, sobre si el n¨²mero total de fermiones en un sistema es par o impar.

Una vez alcanzado el nuevo chip y c¨²bits robustos, comprobados con el sistema de medici¨®n de paridad, Microsoft reclama en la investigaci¨®n haber abierto el camino hacia sistemas con una infraestructura de equipamiento relativamente peque?a.

Un equipo internacional con amplia participaci¨®n espa?ola crey¨® haber encontrado la part¨ªcula de Majorana, pero despu¨¦s de an¨¢lisis detallados descubrieron que el hallazgo era un espejismo, que hab¨ªan descubierto algo distinto, pero tambi¨¦n fundamental: una part¨ªcula impostora que la imita. ¡°Ser¨¢ un premio Nobel cuando se demuestre de manera irrefutable su existencia y, sobre todo, su estad¨ªstica cu¨¢ntica, que dista mucho de la habitual en el modelo est¨¢ndar de fermiones o bosones¡±, advirti¨® entonces el f¨ªsico Ram¨®n Aguado.

El profesor de F¨ªsica Te¨®rica en el King¡¯s College de Londres, George Booth, destaca que el camino emprendido por Microsoft hace 20 a?os difiere del de otras compa?¨ªas, centradas en alcanzar un n¨²mero elevado de c¨²bits y desarrollar f¨®rmulas eficaces de correcci¨®n de errores. Para Booth, seg¨²n explica en Science Media Centre (SMC), la investigaci¨®n de la multinacional ha buscado c¨²bits m¨¢s complejos, pero resistentes ante el ruido y las interferencias gracias al fermi¨®n de Majorana.

El f¨ªsico relativiza los resultados de las mediciones, aunque admiten que son un paso significativo: ¡°No llegan a demostrar de manera inequ¨ªvoca que pueden medir un c¨²bit topol¨®gico completo, pero se acercan a un c¨²bit topol¨®gico viable¡±.

Tambi¨¦n matiza el optimismo de Microsoft sobre la viabilidad del nuevo sistema en los pr¨®ximos a?os. ¡°La importancia de este trabajo, probablemente, solo podr¨¢ juzgarse en retrospectiva, si la tecnolog¨ªa alcanza la madurez en comparaci¨®n con otras plataformas. Sin embargo, es sin duda un logro t¨¦cnico impresionante, que demuestra el control sobre estas part¨ªculas emergentes [fermi¨®n de Mejorana] en los niveles m¨¢s fundamentales, dice Booth¡±.

En este sentido, el f¨ªsico recuerda que, en los 20 a?os de investigaci¨®n de Microsoft en esta senda, algunos art¨ªculos tuvieron que ser retirados por errores y se muestra cauteloso, en especial sobre las previsiones temporales: ¡°Creo que para muchos todav¨ªa hay un escepticismo saludable sobre las escalas de tiempo para las hojas de ruta de algunas de estas empresas tecnol¨®gicas hacia una computadora cu¨¢ntica que resuelve problemas pr¨¢cticos de manera rutinaria, pero este documento demuestra que se est¨¢n superando los obst¨¢culos fundamentales. Queda por ver si la afirmaci¨®n de a?os es exacta¡±.

De forma parecida opina Paul Stevenson, de la facultad de Matem¨¢ticas y F¨ªsica en la Universidad de Surrey. Para ¨¦l, la investigaci¨®n arroja resultados significativos, ¡°pero al igual que con muchos trabajos prometedores en computaci¨®n cu¨¢ntica¡±, a?ade a SMC, ¡°los pr¨®ximos pasos son dif¨ªciles y, hasta que se hayan logrado, es demasiado pronto para ser algo m¨¢s que cautelosamente optimista¡±.

Stevenson tambi¨¦n destaca la novedosa aproximaci¨®n de Microsoft para concebir los c¨²bits topol¨®gicos como fundamento de la pr¨®xima computaci¨®n cu¨¢ntica, ¡°pero hasta ahora¡±, seg¨²n advierte, ¡°no ha logrado mostrar dispositivos funcionales¡±.