Por qué Microsoft sigue apostando por Majorana, su chip de computación cuántica, tras la polémica

En febrero pasado, Microsoft anunció su nuevo chip Majorana 1, lo que generó un gran revuelo entre los investigadores de la computación cuántica. Mientras IBM planeaba un sistema de 1 386 cúbits y Google había demostrado una corrección de errores revolucionaria con 105 cúbits, el chip de Microsoft apenas alcanzaba ocho cúbits.

El expediente de revisión por pares del artículo publicado en Nature incluía una nota inusual del departamento editorial, en la que se señalaba que el trabajo no aportaba pruebas de los aspectos técnicos fundamentales del nuevo chip. Esto provocó que el anuncio fuera recibido con escepticismo, más que con emoción.

La razón detrás del número inusualmente bajo de cúbits de Microsoft, en comparación con otras compañías, es su estrategia de más de 20 años centrada en el uso de «cúbits topológicos», una tecnología que almacena la información cuántica en la estructura geométrica de la materia, en lugar de hacerlo en partículas individuales. En teoría, este enfoque es robusto frente al ruido local. En otras palabras, en lugar de agrupar cientos de cúbits propensos a errores para realizar corrección de errores, la idea es crear cúbits resistentes desde el principio.

En el centro de esta teoría se encuentra la partícula de Majorana, propuesta por el físico italiano Ettore Majorana en 1937. Estas partículas tienen la propiedad única de ser sus propias antipartículas y se cree que aparecen como cuasipartículas en ciertos fenómenos superconductores. Una cuasipartícula es un fenómeno en el que el comportamiento colectivo de electrones o átomos en un sólido se manifiesta como si se tratara de una sola partícula.

¿Qué es una computadora cuántica?

En este artículo intentaremos explicar qué es una computadora cuántica para que puedas comprender de qué se trata todo el boom.

Modo cero de Majorana producido por superconductores

El superconductor topológico desarrollado por Microsoft para Majorana 1 es un nuevo material con propiedades topológicas distintas de las de los superconductores ordinarios. Cuando una heteroestructura, una estructura formada por la superposición de distintos materiales, compuesta por arseniuro de indio y aluminio a nivel atómico se enfría casi hasta el cero absoluto y se le aplica un campo magnético, aparecen cuasipartículas en un estado de energía cero, denominado «modo cero de Majorana», en ambos extremos del nanoalambre. Un bit cuántico con forma de H, llamado tetrón, está compuesto por cuatro de estas cuasipartículas.

El tetrón mide apenas 10 micrómetros cuadrados. Es aproximadamente 100 veces más pequeño que un cúbit superconductor convencional, y Microsoft afirma que un millón de tetrónes podrían caber en un chip del tamaño de la palma de la mano. Además, la compañía sostiene que un código especial de corrección de errores, llamado «código Hastings-Haah Floquet», reduce la sobrecarga, la cantidad de cúbits adicionales necesarios para la corrección de errores, en un factor de diez en comparación con los códigos de superficie convencionales.

Si esto se materializa, mientras que IBM y Google necesitarían miles de cúbits físicos para construir un cúbit lógico, Microsoft solo requeriría unos pocos cientos. El mayor desafío al que se enfrentan las computadoras cuánticas actuales es un fenómeno conocido como «decoherencia cuántica», en el que la información cuántica se pierde debido al ruido ambiental, como variaciones de temperatura, ondas electromagnéticas o vibraciones. Los cúbits superconductores y los cúbits de iones atrapados, un método en el que los iones se mantienen suspendidos mediante campos eléctricos o magnéticos, presentan tasas de error de entre el 0.1% y el 1%, muy por encima del umbral inferior al 0.01 % requerido para computadoras cuánticas prácticas.

Para superar esta brecha, la mayoría de las empresas recurre a la corrección de errores cuánticos, que utiliza grandes cantidades de cúbits físicos para construir cúbits lógicos virtuales y aplica códigos complejos para cancelar el ruido. El enfoque de Microsoft es distinto: en los cúbits topológicos, la información cuántica se distribuye de forma no local, lo que los hace menos susceptibles al ruido local y, en teoría, inherentemente más robustos frente a la decoherencia, ya que la banda prohibida del aislante topológico protege el estado cuántico.