Microsoft afirma haber encontrado el camino hacia el desarrollo de una computadora cuántica útil, viable, tolerante a fallos, escalable y comercializable antes de una década. El paso para este anuncio, publicado en Nature este miércoles, es la consecución de un procesador fundamentado en lo que consideran un nuevo estado de la materia (“superconductividad topológica”), que solo existía de forma teórica, a partir de un tipo de partícula, llamada fermión de Majorana, que tiene propiedades cuánticas únicas para desarrollar un qubit topológico, más resistente a los errores.

“Tendremos una computadora cuántica tolerante a fallos en años, no en décadas”, resalta Chetan Nayak, físico, 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 compañía reivindica en la investigación publicada. El más importante es el desarrollo de un chip especial, un procesador denominado Majorana 1, a partir de una partícula única fabricada por el equipo, que, en condiciones específicas (-273,15 grados Celsius), alcanza un nuevo estado de la materia que se sumaría a los clásicos sólido, líquido, gaseoso y plasma.

“Esta revolucionaria clase de materiales nos permite crear la superconductividad topológica, un nuevo estado de la materia que anteriormente solo existía en teoría. El avance se deriva de las innovaciones de Microsoft en el diseño y fabricación de dispositivos que combinan arseniuro de indio (un semiconductor) y aluminio (un superconductor). Cuando se enfrían hasta casi el cero absoluto y se sintonizan con campos magnéticos, estos dispositivos forman nanocables superconductores topológicos con Modos Cero de Majorana (MZM) en los extremos”, explica Nayak.

La partícula de Majorana es una propuesta teórica de Ettore Majorana hace 88 años en el contexto de la física de partículas elementales. Encontrarla y dominarla en un material especial que garantice su estabilidad, conocido como superconductor topológico, sería un paso definitivo en la física de la materia condensada y en la computación cuántica.

Para Microsoft, el nuevo estado topológico que afirma haber hallado permite el desarrollo de cúbits (la unidad básica cuántica, como lo es el bit en la informática clásica) con gran robustez, protegidos de los errores, que es uno de los desafíos de la computación cuántica, ya que las propiedades que permiten al cúbit ofrecer capacidades exponencialmente superiores al bit solo duran milisegundos y cualquier interacción le lleva a perder sus propiedades.

Para desvelar la robustez de los cúbits ha sido necesaria la medición de paridad, una forma de comprobar de forma no destructiva si están funcionando correctamente y la información se conserva sin errores. En este proceso se ha recurrido a mediciones de paridad de fermión de disparo único, un tipo de proceso que aporta en un solo intento un resultado definitivo, sin necesidad de promediar, sobre si el número total de fermiones en un sistema es par o impar.

Una vez alcanzado el nuevo chip y cúbits robustos, comprobados con el sistema de medición de paridad, Microsoft reclama en la investigación haber abierto el camino hacia sistemas con una infraestructura de equipamiento relativamente pequeña.

Un equipo internacional con amplia participación española creyó haber encontrado la partícula de Majorana, pero después de análisis detallados descubrieron que el hallazgo era un espejismo, que habían descubierto algo distinto, pero también fundamental: una partícula impostora que la imita. “Será un premio Nobel cuando se demuestre de manera irrefutable su existencia y, sobre todo, su estadística cuántica, que dista mucho de la habitual en el modelo estándar de fermiones o bosones”, advirtió entonces el físico Ramón Aguado.

Este avance, que Satya Nadella describió como “el momento del transistor cuántico”, promete revolucionar la industria con la capacidad de escalar sistemas cuánticos hasta un millón de qubits.

El profesor de Física Teórica en el King’s College de Londres, George Booth, destaca que el camino emprendido por Microsoft hace 20 años difiere del de otras compañías, centradas en alcanzar un número elevado de cúbits y desarrollar fórmulas eficaces de corrección de errores. Para Booth, según explica en Science Media Centre (SMC), la investigación de la multinacional ha buscado cúbits más complejos, pero resistentes ante el ruido y las interferencias gracias al fermión de Majorana.

El físico relativiza los resultados de las mediciones, aunque admiten que son un paso significativo: “No llegan a demostrar de manera inequívoca que pueden medir un cúbit topológico completo, pero se acercan a un cúbit topológico viable”.

También matiza el optimismo de Microsoft sobre la viabilidad del nuevo sistema en los próximos años. “La importancia de este trabajo, probablemente, solo podrá juzgarse en retrospectiva, si la tecnología alcanza la madurez en comparación con otras plataformas. Sin embargo, es sin duda un logro técnico impresionante, que demuestra el control sobre estas partículas emergentes [fermión de Mejorana] en los niveles más fundamentales, dice Booth”.

En este sentido, el físico recuerda que, en los 20 años de investigación de Microsoft en esta senda, algunos artículos tuvieron que ser retirados por errores y se muestra cauteloso, en especial sobre las previsiones temporales: “Creo que para muchos todavía hay un escepticismo saludable sobre las escalas de tiempo para las hojas de ruta de algunas de estas empresas tecnológicas hacia una computadora cuántica que resuelve problemas prácticos de manera rutinaria, pero este documento demuestra que se están superando los obstáculos fundamentales. Queda por ver si la afirmación de años es exacta”.

De forma parecida opina Paul Stevenson, de la facultad de Matemáticas y Física en la Universidad de Surrey. Para él, la investigación arroja resultados significativos, “pero al igual que con muchos trabajos prometedores en computación cuántica”, añade a SMC, “los próximos pasos son difíciles y, hasta que se hayan logrado, es demasiado pronto para ser algo más que cautelosamente optimista”.

Stevenson también destaca la novedosa aproximación de Microsoft para concebir los cúbits topológicos como fundamento de la próxima computación cuántica, “pero hasta ahora”, según advierte, “no ha logrado mostrar dispositivos funcionales”.