Microsoft anuncia el nuevo chip cuántico Majorana 1, basado en los llamados cúbits (o qubits) topológicos. Su construcción fue posible gracias al descubrimiento de un nuevo material de la clase de los topoconductores.
El hallazgo, compartido en dos artículos científicos, el primero publicado en Nature y el segundo en arXiv, permitirá la construcción de computadoras cuánticas fiables con millones de qubits. En la actualidad, las máquinas más avanzadas tienen miles de qubits. El enfoque “topológico” de la informática cuántica convenció a la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzados de Defensa (DARPA, por sus siglas en inglés) de seleccionar a Microsoft para la construcción de un prototipo de computadora cuántica resistente a fallos.
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Un poco de teoría
A diferencia de las máquinas clásicas que utilizan bits: valores de ceros o unos, para almacenar y manipular la información, las computadoras cuánticas usan qubits. Estos pueden tomar los valores cero o uno, pero también varias combinaciones, en virtud del “principio de superposición cuántica”, una de las leyes fundamentales de la mecánica cuántica.
Un procesador de qubits no solo es más rápido o potente, sino que también es capaz de realizar operaciones que uno tradicional nunca podría llevar a cabo. Ese es el principio de “supremacía cuántica”. En 2019, Google confirmó el triunfo de su procesador Sycamore en la resolución de un problema matemático complejo en solo 3 minutos y 20 segundos, por encima del Summit de IBM, que tardaría 10,000 años en hacerlo.
Los estados cuánticos de los qubits son entidades muy delicadas y extremadamente sensibles a las interferencias, por eso deben mantenerse lo más “aisladas” posible del mundo exterior. Por ejemplo, manteniendo los procesadores a temperaturas muy bajas, cercanas al cero absoluto. Las interferencias, y en general cualquier operación realizada con los qubits, introducen una cierta probabilidad de error, que puede amplificarse en la realización de los cálculos y conducir a un resultado completamente erróneo.
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Majorana 1, el chip cuántico de Microsoft
Bautizado con el nombre del físico de Catania, Ettore Majorana, el chip cuántico que acaba de presentar Microsoft difiere de otros que se estudian y utilizan actualmente. Majorana 1 usa qubits topológicos, un tipo de qubit que aprovecha los estados topológicos de la materia para almacenar y procesar información. Los estados topológicos tienen propiedades particularmente adecuadas para la realización de superconductores y para aplicaciones en el campo de la computación cuántica.
En comparación con los qubits convencionales, los topológicos son menos susceptibles a los errores causados por el “ruido” ambiental; además, requieren de la mínima corrección de fallos y pueden controlarse digitalmente. Un número mucho mayor de qubits podría realizar un procesador útil para aplicaciones reales. Majorana es un ejemplo de procesador cuántico basado en qubits topológicos.
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“Hemos reinventado el transistor”
“Al igual que la invención de los semiconductores hizo posible la construcción de los smartphones, los topoconductores y Majorana 1 iluminan el camino hacia el desarrollo de computadoras cuánticas escalables hasta un millón de qubits. Dimos un paso atrás y dijimos: ‘Intentemos reinventar el transistor de la era cuántica'”, explica Chetan Nayak, investigador de Microsoft. Para lograrlo, los investigadores desarrollaron un conjunto de materiales desde cero, compuestos de arseniuro de indio y aluminio, diseñados y fabricados átomo a átomo para minimizar los defectos. A continuación, probaron el chip con un test que consistía en medir la capacidad cuántica de un punto acoplado a un ‘nanohilo’; es decir, el chip demostró ser lo bastante sensible como para detectar la diferencia entre mil millones de electrones y mil millones y un electrones en un hilo conductor.
Microsoft tiene un plan para el futuro: la construcción de un prototipo de computadora cuántica resistente a errores en unos pocos años, y después desarrollar máquinas capaces de resolver problemas reales. Algunos efectos prácticos son: diseño de materiales autorreparables, agricultura sostenible y el descubrimiento de sustancias químicas más seguras. O también, diseñar la arquitectura de la próxima generación de computadoras cuánticas, aún más potentes y eficaces.
Artículo originalmente publicado en WIRED Italia. Adaptado por Alondra Flores.
