Majorana 1: Los ordenadores cuánticos más cerca que nunca

Microsoft acaba de presentar Majorana 1, su chip basado en una nueva arquitectura de núcleo topológico que supone un gran avance en el campo de la computación cuántica. Este desarrollo promete acelerar la llegada de ordenadores cuánticos comerciales capaces de resolver problemas complejos en cuestión de años, reduciendo las previsiones hasta ahora de décadas.

Recopilamos sus características principales, potenciales casos de uso y el impacto que puede tener en la industria, la ciencia y la sociedad.

Computación cuántica y qubits topológicos

Para comprender la importancia de Majorana 1, es necesario entender cómo funciona la computación cuántica y por qué los qubits topológicos suponen esta revolución tan significativa.

Pues bien, un ordenador cuántico no opera con bis tradicionales (0 o 1), sino con qubits, que pueden estar en múltiples estados simultáneamente gracias a la superposición cuántica. Sin embargo, estos qubits son extremadamente inestables, y cualquier perturbación en el entorno puede hacer que pierdan información antes de que el cálculo se complete.

Majorana 1 utiliza topoconductores, materiales específicamente diseñados para soportar la existencia de estos fermiones. Esto permite que los qubits operen con menor interferencia, reduciendo la necesidad de corrección de errores, un problema que ha limitado el progreso de la computación cuántica hasta ahora.

Majorana 1 Microsoft

Majorana 1 es el primer chip cuántico del mundo impulsado por un topoconductor, un material innovador que puede observar y controlar las partículas de Majorana para producir qubits más confiables y escalables, que son los componentes básicos de las computadoras cuánticas.

La estructura del chip combina arseniuro de indio y aluminio, materiales diseñados y fabricados con precisión atómica para minimizar defectos y garantizar la estabilidad necesaria para operaciones cuánticas fiables.

El topoconductor, o superconductor topológico, es una categoría especial de material que puede crear un estado de materia completamente nuevo (no un sólido, un líquido o un gas, sino un estado topológico). Esto se aprovecha para producir un qubit más estable que es rápido, pequeño y se puede controlar digitalmente, sin las desventajas que requieren las alternativas actuales.

Las ventajas de esta arquitectura de núcleo topológico son:

• Estabilidad mejorada: los qubits topológicos son menos susceptibles al ruido y las interferencias externas, lo que reduce la necesidad de corrección de errores y mejora la fiabilidad del sistema.
• Escalabilidad: esta arquitectura permite la integración de hasta un millón de qubits en un solo chip del tamaño de la palma de una mano, un hito necesario para abordar problemas industriales y científicos de gran envergadura.
• Control digital: a diferencia de los métodos analógicos tradicionales, Majorana 1 utiliza un control digital de los qubits, simplificando las operaciones y facilitando la escalabilidad.

Aplicaciones potenciales

El mayor reto de la computación cuántica es la estabilidad de los qubits. Los convencionales son extremadamente frágiles y susceptibles al ruido del entorno, lo que genera errores en los cálculos. Por ello Microsoft ha trabajado con qubits topológicos, los cuales aprovechan un tipo especial de partícula cuántica, llamada fermión, para lograr una estabilidad sin precedentes.

Con esta mejora en la capacidad para manejar un millón de qubits, los ordenadores cuánticos basados en Majorana 1 podrían revolucionar diversas áreas como:

• Medio ambiente:
  • Puede ayudar en la descomposición de microplásticos en subproductos inofensivos, contribuyendo a la limpieza de los océanos y su vida marina.
  • También puede ayudar a optimizar procesos de captura de carbono para mitigar el cambio climático.
• Materiales avanzados: puede facilitar el desarrollo de materiales autorreparables para su uso en construcción, manufacturing y dispositivos médicos, aumentando la durabilidad y reduciendo costos de mantenimiento.
• Medicina y biotecnología:
  • Podría simular moléculas complejas para acelerar el descubrimiento de nuevos fármacos.
  • Modelado preciso de proteínas para diseñar tratamientos más efectivos contra enfermedades como el cáncer y el Alzheimer.
• Optimización logística:
  • Resolución de problemas complejos en cadenas de suministro, mejorando la eficiencia y reduciendo costos en la distribución de bienes.
  • Mejora de los sistemas de planificación urbana y distribución energética.
• Seguridad informática: capacidad para descifrar códigos de encriptación avanzados, lo que podría tener implicaciones, tanto para la seguridad, como para la privacidad de la información.

Microsoft

Colaboración con DARPA

El gran potencial de Majorana 1 ya ha sido reconocido por DARPA, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de EEUU, que ha seleccionado el enfoque de Microsoft como una de las dos estrategias viables para construir ordenadores cuánticos funcionales durante la próxima década.

Esta validación es crucial, ya que coloca a Microsoft en la carrera cuántica global, donde otras compañías como Google, IBM y startups especializadas están explorando tecnologías alternativas.

Así, Microsoft apuesta por que su enfoque topológico sea el primero en permitir la construcción de un ordenador cuántico con un millón de qubits útiles antes de que sus competidores logren superar la corrección de errores en sus propios diseños.

Microsoft Majorana Quantum Computer

Majorana 1 representa un avance muy prometedor, pero expertos como Paul Stevenson, profesor de Física en la Universidad de Surrey, aconsejan un optimismo cauteloso. Esto se debe a que, a pesar de ser un paso significativo, los próximos desafíos en el desarrollo y escalado de esta tecnología serán complejos y determinarán su éxito a largo plazo.

Lo que está claro es que Majorana 1 de Microsoft podría marcar un punto de inflexión en la computación cuántica, ofreciendo soluciones prácticas a problemas que actualmente están más allá del alcance de los ordenadores tradicionales. La combinación de estabilidad, escalabilidad y control digital en su diseño, hacen que se posicione como un gran candidato para liderar la próxima generación de tecnologías cuánticas.