Majorana 1. Ese es el nombre que Microsoft ha dado a su nuevo avance: el primer chip cuántico del mundo con un núcleo con un nuevo estado de la materia que no es sólido, líquido ni gas, sino topológico. Además, se trata de un componente escalable con el potencial de “resolver algunos de los problemas más difíciles del mundo“.
De acuerdo con Satya Nadella, CEO de Microsoft, este desarrollo permitirá la creación de una computadora cuántica “verdaderamente útil” en años, no en décadas, como se pensaba. La compañía ha invertido 17 años en la investigación y fabricación del nuevo material necesario para este avance.
En las computadoras cuánticas, los núcleos están formados por cúbits, unidades de información similares a los bits binarios utilizados en la computación tradicional. Empresas como Microsoft, IBM y Google han trabajado durante años en mejorar su fiabilidad para superar las limitaciones de los bits convencionales.
Sin embargo, los cúbits cuánticos presentan un problema fundamental: son extremadamente sensibles a perturbaciones y errores ambientales, lo que puede provocar la pérdida de información. Además, su estado se ve afectado por la medición, lo que dificulta su control y estabilidad. Por ello, era necesario un cúbit capaz de medirse y controlarse con precisión sin comprometer su integridad.
Las ventajas de estos chips
Microsoft asegura que Majorana 1 puede almacenar hasta un millón de cúbits en un solo chip. En lugar de utilizar electrones, emplea la partícula Majorana, teorizada por el físico Ettore Majorana en 1937.
El resultado de su investigación es el primer topoconductor del mundo, un material que no solo permite observar las partículas Majorana, sino también controlarlas, lo que se traduce en cúbits más estables y confiables.
Este topoconductor, también conocido como superconductor topológico, pertenece a una categoría especial de materiales capaces de generar un nuevo estado de la materia. Gracias a ello, se obtiene un cúbit más estable, rápido y compacto, que puede controlarse digitalmente sin las desventajas de los modelos actuales.
La investigación, publicada en Nature, detalla que el cúbit topológico se creó a partir de arseniuro de indio y aluminio, materiales empleados en detectores infrarrojos. Según Microsoft, estos fueron diseñados y fabricados átomo por átomo con el objetivo de generar nuevas partículas cuánticas y aprovechar sus propiedades.
El resultado es el primer núcleo topológico del mundo, diseñado para ser confiable desde su concepción y resistente a errores a nivel de hardware, lo que garantiza una mayor estabilidad.
Microsoft ha integrado ocho de estos cúbits topológicos en un chip especialmente diseñado, lo suficientemente compacto como para caber en la palma de la mano, pero con capacidad para almacenar hasta un millón de cúbits en el mismo espacio.
Una meta clara por alcanzar
Para lograr este desarrollo, la compañía adoptó una estrategia a largo plazo, enfocada en la creación de cúbits topológicos más estables y con menor necesidad de corrección de errores. Esto se traduce en mayor velocidad, menor tamaño y mejor control.
No obstante, el proceso presentó desafíos significativos, ya que requirió tecnologías y conocimientos científicos inexplorados. A pesar de la complejidad, el potencial de obtener cúbits escalables y controlables justificó la apuesta por esta tecnología.
Uno de los principales retos fue la inexistencia de las partículas Majorana en la naturaleza. Estas solo pueden generarse mediante el uso de campos magnéticos y superconductores, lo que ha llevado a otros actores del sector a optar por distintos enfoques para el desarrollo de cúbits cuánticos.
Microsoft destaca varias ventajas de los cúbits topológicos: su resistencia a perturbaciones aleatorias y su capacidad para medirse con alta precisión. Por ejemplo, pueden detectar diferencias tan pequeñas como un electrón entre mil millones en un cable superconductor.
Otra optimización importante es su capacidad de activarse o desactivarse mediante impulsos de voltaje, similar al funcionamiento de un interruptor de luz. Además, el chip Majorana 1 integra tanto los cúbits como la electrónica de control necesaria para su aplicación en centros de datos de Azure.
Aunque Majorana 1 es solo una parte de un sistema más amplio, cuenta con una arquitectura específica. Utiliza nanocables de aluminio en forma de H, cada uno con cuatro Majoranas controlables que conforman un cúbit. Estos pueden interconectarse y distribuirse en mosaicos a lo largo del chip, lo que facilita su escalabilidad.
Además, el sistema requiere controles de refrigeración para mantener los cúbits a temperaturas más frías que las del espacio exterior, así como una capa de software capaz de integrarse con tareas de inteligencia artificial y computación tradicional.
Algunas de sus implementaciones
Microsoft señala que una de las principales aplicaciones de esta tecnología sería la solución de problemas como la descomposición de microplásticos en productos inofensivos, la reducción de la contaminación por carbono o el desarrollo de materiales autorreparables para la industria, la construcción y la medicina. Esto podría aplicarse, por ejemplo, a pantallas de teléfonos rotas o puertas de automóviles rayadas.
Otro posible uso sería la erradicación del hambre mundial mediante el desarrollo de catalizadores biológicos que mejoren la fertilidad del suelo en climas hostiles.
Para Microsoft, la premisa es clara: si se logra desarrollar una computadora cuántica con un millón de cúbits, como se plantea con Majorana 1, será posible realizar tareas que ni todas las computadoras actuales del mundo juntas podrían ejecutar.
El beneficio es doble, ya que la compañía indica que una computadora cuántica también permitiría comprender mejor los materiales necesarios para la propia computación cuántica, facilitando el desarrollo de tecnologías de nueva generación.
Cortesía de Xataka
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