Microsoft acaba de reclamar un avance
cuántico. Un físico cuántico explica lo que significa.
Investigadores de Microsoft han anunciado la creación de los
primeros "qubits topológicos" en un dispositivo que almacena
información en un estado exótico de la materia, en lo que puede
ser un avance significativo para la computación cuántica.
Al mismo tiempo, los investigadores también publicaron un
artículo en Nature y una "hoja de ruta" para trabajos futuros.
Se supone que el diseño del procesador Majorana 1 puede
adaptarse a hasta un millón de qubits, lo que puede ser
suficiente para lograr muchos objetivos importantes de la
computación cuántica, como descifrar códigos criptográficos y
diseñar nuevos medicamentos y materiales más rápido.
Si las afirmaciones de Microsoft se cumplen, la compañía puede
haber superado a competidores como IBM y Google, que actualmente
parecen estar liderando la carrera para construir una
computadora cuántica.
Sin embargo, el artículo de Nature, revisado por pares, solo
muestra una parte de lo que los investigadores han afirmado, y
la hoja de ruta aún incluye muchos obstáculos que deben
superarse. Si bien el comunicado de prensa de Microsoft muestra
algo que se supone que es hardware de computación cuántica, no
tenemos ninguna confirmación independiente de lo que puede hacer.
Sin embargo, las noticias de Microsoft son muy prometedoras.
A estas alturas probablemente ya tengas algunas preguntas. ¿Qué
es un qubit topológico? ¿Qué es un qubit, para el caso? ¿Y por
qué la gente quiere ordenadores cuánticos en primer lugar?
Los bits cuánticos son difíciles de construir
Las computadoras cuánticas se soñaron por primera vez en la
década de 1980. Mientras que un ordenador ordinario almacena
información en bits, un ordenador cuántico almacena información
en bits cuánticos, o qubits.
Un bit ordinario puede tener un valor de 0 o 1, pero un bit
cuántico (gracias a las leyes de la mecánica cuántica, que
gobiernan partículas muy pequeñas) puede tener una combinación
de ambos. Si imaginas un bit ordinario como una flecha que puede
apuntar hacia arriba o hacia abajo, un qubit es una flecha que
puede apuntar en cualquier dirección (o lo que se llama una "superposición"
de arriba y abajo).
Esto significa que una computadora cuántica sería mucho más
rápida que una computadora ordinaria para ciertos tipos de
cálculos, particularmente algunos relacionados con el descifrado
de códigos y la simulación de sistemas naturales.
Hasta ahora, bien. Pero resulta que construir qubits reales y
obtener información dentro y fuera de ellos es extremadamente
difícil, porque las interacciones con el mundo exterior pueden
destruir los delicados estados cuánticos internos.
Los investigadores han probado muchas tecnologías diferentes
para crear qubits, utilizando cosas como átomos atrapados en
campos eléctricos o remolinos de corriente que se arremolinan en
superconductores.
Cables diminutos y partículas exóticas
Microsoft ha adoptado un enfoque muy diferente para construir
sus "qubits topológicos". Han utilizado lo que se llama
partículas de Majorana, teorizadas por primera vez en 1937 por
el físico italiano Ettore Majorana.
Las majoranas no son partículas naturales como los electrones o
los protones. En cambio, solo existen dentro de un tipo raro de
material llamado superconductor topológico (que requiere un
diseño de material avanzado y debe enfriarse a temperaturas
extremadamente bajas).
De hecho, las partículas de Majorana son tan exóticas que
generalmente solo se estudian en las universidades, no se usan
en aplicaciones prácticas.
El equipo de Microsoft dice que han utilizado un par de cables
diminutos, cada uno con una partícula de Majorana atrapada en
cada extremo, para actuar como un qubit. Miden el valor del
qubit, expresado por medio de si un electrón está en un cable u
otro, utilizando microondas.
Brocas trenzadas
¿Por qué Microsoft ha hecho todo este esfuerzo? Porque al
intercambiar las posiciones de las partículas de Majorana (o
medirlas de cierta manera), se pueden "trenzar" para que se
puedan medir sin error y sean resistentes a las interferencias
externas. (Esta es la parte "topológica" de los "qubits
topológicos").
En teoría, una computadora cuántica hecha con partículas de
Majorana puede estar completamente libre de los errores de qubit
que afectan a otros diseños.
Esta es la razón por la que Microsoft ha elegido un enfoque tan
aparentemente laborioso. Otras tecnologías son más propensas a
errores, y es posible que sea necesario combinar cientos de
qubits físicos para producir un único "qubit lógico" fiable.
En cambio, Microsoft ha invertido su tiempo y recursos en el
desarrollo de qubits basados en Majorana. Si bien llegan tarde a
la gran fiesta cuántica, esperan poder ponerse al día
rápidamente.
Siempre hay una trampa
Como siempre, si algo suena demasiado bueno para ser verdad, hay
una trampa. Incluso para una computadora cuántica basada en
Majorana, como la anunciada por Microsoft, una operación,
conocida como T-gate, no será posible sin errores.
Por lo tanto, el chip cuántico basado en Majorana solo está "casi
libre de errores". Sin embargo, la corrección de errores de
puerta T es mucho más sencilla que la corrección de errores
general de otras plataformas cuánticas.
Diagrama que muestra un número creciente de qubits combinados.
Microsoft planea escalar agrupando más y más qubits. Microsoft
¿Y ahora qué? Microsoft intentará seguir adelante con su hoja de
ruta, construyendo constantemente colecciones cada vez más
grandes de qubits.
La comunidad científica observará de cerca cómo funcionan los
procesadores de computación cuántica de Microsoft y cómo se
desempeñan en comparación con los otros procesadores de
computación cuántica ya establecidos.
Al mismo tiempo, la investigación sobre el comportamiento
exótico y oscuro de las partículas de Majorana continuará en
universidades de todo el mundo.
Stephan Rachel
Profesor de la Facultad de Física de la Universidad de Melbourne
Publicado en Inglés en The Conversation y traducido al Español
usando IA.
https://theconversation.com/microsoft-just-claimed-a-quantum-breakthrough-a-quantum-physicist-explains-what-it-means-250388
