El Chip Majorana 1 de Microsoft: un avance significativo en la computación cuántica.

Recientemente, Microsoft anunció un avance revolucionario en el desarrollo de la computación cuántica mediante el lanzamiento del chip Majorana 1. Este dispositivo, basado en una arquitectura de núcleo topológico.

Si bien actualmente solo posee 8 qubits, promete transformar los roadmaps de escalabilidad, pasando de previsiones de décadas a plazos de años.

Contexto en el Campo de la Computación Cuántica

Actualmente, existen alrededor de una docena de tecnologías compitiendo para lograr implementaciones prácticas de computación cuántica. Entre las más desarrolladas se encuentran:

• Qubits superconductores
• Trampas de Iones
• Qbits fotónicos

Estas tres variantes (y prácticamente todas las restantes) pertenecen al grupo de tecnologías no topológicas, en las que la información cuántica se almacena en propiedades específicas de las partículas, denominados estados locales. Este enfoque, sin embargo, es altamente susceptible a la decoherencia, ruptura de la superposición cuántica, que es el principal reto a resolver de la computación cuántica.

En contraste, las tecnologías de qubits topológicos –aunque más complejas de implementar y aún en etapas menos desarrolladas– presentan una ventaja fundamental: la información se codifica en estados globales, basados en propiedades colectivas de muchas partículas, lo que las hace considerablemente más resistentes a la decoherencia.

Qubits de Majorana

Una de las variantes más prometedoras dentro de las tecnologías topológicas son los qubits de Majorana. Estos se fundamentan en el concepto del fermión de Majorana, una partícula teórica que, por su peculiar propiedad de ser su propia antipartícula, contribuye a la estabilidad del qubit. Los fermiones se Majorana surgen del modelo estándar de partículas pero jamas las hemos visto.

El Chip Majorana 1 y la Generación de Cuasi partículas

Las partículas son entidades físicas concretas, mientras que las cuasi partículas son propiedades emergentes de un conjunto de partículas.

Un ejemplo clásico de cuasi partículas son las “lagunas” en semiconductores, que representa la ausencia de un electrón y se comporta como una partícula inexistente de carga positiva.

Microsoft no ha creado fermiones de Majorana “reales”, sino cuasi partículas de Majorana. Estas emergen como una propiedad colectiva de los electrones localizados en los extremos de un nanofilamento superconductor topológico, denominado topoconductor.

Arquitectura de un Topoconductor

El topoconductor se fabrica a partir de un nanofilamento semiconductor de arseniuro de indio (In-As), recubierto por una capa de aluminio superconductor convencional.

La información cuántica se almacena en los modos de Majorana – cuasi partículas diferenciadas por la “paridad” (cantidad par o impar) de electrones.

En estos sistemas, un electrón no emparejado se distribuye entre dos modos, lo que lo hace “invisible” al entorno y protege la información contra la decoherencia.

Para medir la paridad, es decir, el estado cuántico del qubit, se utilizan interruptores digitales que acoplan ambos extremos del nanofilamento a un dispositivo semiconductor de pequeño tamaño, conocido como punto cuántico, que puede almacenar carga eléctrica.

La capacidad del punto cuántico para retener carga varía de manera específica en función de la paridad electrónica del nanofilamento. Midiendo cómo se reflejan microondas en el punto, se puede determinar la paridad (y, por ende, el estado de los modos de Majorana).

Resultados obtenidos y perspectivas futuras

Los experimentos realizados por Microsoft han alcanzado una probabilidad de error de apenas el 1%, y sugieren que existen caminos claros para reducir aún más este valor, lo que es crucial para la confiabilidad en el procesamiento cuántico.

Microsoft afirma que, aprovechando las propiedades de los qubits topológicos y la estabilidad ofrecida por los modos de Majorana, es posible alcanzar la integración de 1 millón de qubits en un solo chip en aproximadamente una década. Esto contrasta de manera significativa con los roadmaps de otras tecnologías cuánticas no topológicas, que aún contemplan escalabilidad en plazos de varias décadas.

Además, en el contexto de la competencia actual —donde existen múltiples tecnologías en desarrollo— el enfoque topológico, pese a su mayor complejidad, representa una apuesta estratégica para lograr computadoras cuánticas prácticas y robustas.

Conclusión

El anuncio del chip Majorana 1 de Microsoft representa un paso decisivo en la carrera hacia la computación cuántica comercial. Al utilizar una arquitectura diferente de la tradicional basada en topoconductores y qubits de Majorana, la compañía plantea una solución innovadora que, gracias a la resistencia inherente de los qubits topológicos a la decoherencia, podría acelerar significativamente la llegada de máquinas cuánticas útiles. Si bien el dispositivo actual cuenta con solo 8 qubits, la hoja de ruta proyecta una escalabilidad que, en términos estratégicos, podría transformar el panorama tecnológico en los próximos años.

Referencia: El chip Majorana 1 de Microsoft abre un nuevo camino para la computación cuántica