Microsoft ha presentado Majorana 1, el primer chip cuántico del mundo impulsado por una nueva arquitectura de núcleo topológico. Con ella se espera dar lugar a ordenadores cuánticos comerciales capaces de resolver problemas complejos en años en lugar de décadas. Para ello, emplea el primer topo conductor 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.
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 topo conductores 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. “Dimos un paso atrás y dijimos: Ok, inventemos el transistor para la era cuántica. ¿Qué propiedades debe tener?”, indica Chetan Nayak, técnico de Microsoft. “Y así es como realmente llegamos aquí: es la combinación particular, la calidad y los detalles importantes en nuestra nueva estructura de materiales lo que ha permitido un nuevo tipo de cúbit y, en última instancia, toda nuestra arquitectura”.
Esta nueva arquitectura utilizada para desarrollar el procesador Majorana 1 ofrece un camino claro para implementar un millón de cúbits en un solo chip que puede caber en la palma de la mano. Este es un paso necesario para que los ordenadores cuánticos ofrezcan soluciones que, de verdad, transformen nuestro mundo, como la descomposición de los microplásticos en subproductos inofensivos o la invención de materiales autorreparables para la construcción, la industria o la sanidad. Todos los ordenadores del mundo juntos no pueden hacer lo que lograría un ordenador cuántico de un millón de cúbits.
“Lo que sea que estés haciendo en el espacio cuántico debe apuntar a alcanzar un millón de cúbits. Si no es así, vas a chocar contra un muro antes de llegar a la escala en la que puedas resolver los problemas realmente importantes que nos motivan. Nosotros hemos trazado ese camino hacia el millón“, dice Nayak. El topo conductor, 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. 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. Un nuevo artículo publicado el miércoles en Nature describe cómo los investigadores de Microsoft pudieron crear las exóticas propiedades cuánticas del cúbit topológico y también medirlas con precisión, un paso esencial para la computación práctica.
Ilustración sobre un nuevo estado de la materia
Este avance exigió el desarrollo de una estructura de materiales totalmente nueva hecha de arseniuro, de indio y aluminio, gran parte de la cual fue diseñada y fabricado átomo a átomo por Microsoft. El objetivo era crear nuevas partículas cuánticas llamadas Majoranas y aprovechar sus propiedades únicas para alcanzar el siguiente horizonte de la informática cuántica. 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.
Las aplicaciones con fines comerciales también requerirán billones de operaciones en un millón de cúbits, lo que sería prohibitivo con los enfoques actuales, que se basan en un preciso control analógico de cada cúbit. El nuevo enfoque de medición del equipo de Microsoft permite controlar los cúbits digitalmente, redefiniendo y simplificando enormemente el funcionamiento de la computación cuántica. Este progreso valida la elección de Microsoft hace años de perseguir un diseño de cúbit topológico, un desafío científico y de ingeniería de alto riesgo y recompensa que ahora está dando sus frutos. Hoy, la compañía ha colocado ocho cúbits topológicos en un chip diseñado para escalar a un millón.