La historia de la informática tiene episodios que despiertan cierta nostalgia. A mediados de los años noventa, las tiendas de informática ofrecían la posibilidad de armar ordenadores clónicos por piezas, eligiendo la placa base, el procesador, la memoria RAM o la tarjeta gráfica según las necesidades de cada usuario. Aquella práctica se convirtió en un fenómeno: permitía actualizar el sistema cambiando un componente defectuoso o añadir más potencia sin necesidad de empezar de cero. Hoy, esa misma filosofía de construcción modular podría estar abriendo las puertas a la siguiente gran revolución tecnológica: la computación cuántica.
Un equipo de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign ha presentado un trabajo pionero que propone diseñar ordenadores cuánticos modulares, capaces de conectarse como piezas intercambiables. En lugar de construir enormes procesadores de un solo bloque, la investigación muestra cómo módulos de cúbits superconductores pueden unirse mediante cables desmontables, logrando transmitir información cuántica con una precisión inédita. El estudio, publicado en Nature Electronics, marca un paso decisivo hacia la creación de ordenadores cuánticos escalables y reconfigurables.
El reto de la escalabilidad cuántica
Uno de los grandes obstáculos en este campo es cómo pasar de pequeños prototipos a sistemas con millones de cúbits, suficientes para realizar cálculos útiles en criptografía, simulación de materiales o inteligencia artificial. Los diseños monolíticos, fabricados en un solo chip, resultan difíciles de ampliar y tienden a degradar la fidelidad de las operaciones a medida que aumenta el número de cúbits.
Los autores del trabajo explican que “la arquitectura modular permite superar este desafío mediante un ensamblaje tipo Lego, reconfiguración y expansión, en un espíritu similar al de los ordenadores clásicos modernos”. La comparación no es gratuita: igual que los clónicos de los años noventa podían adaptarse a cada necesidad, un ordenador cuántico modular podría crecer añadiendo unidades previamente probadas, optimizando el rendimiento sin sacrificar calidad.
La propuesta se basa en un principio sencillo pero poderoso: intercambiabilidad. Cada módulo contiene sus propios cúbits superconductores y puede conectarse a otro mediante un cable coaxial desmontable. Ese cable actúa como un “bus cuántico” que permite transferir excitaciones y generar entrelazamiento entre los cúbits de diferentes módulos. La clave está en lograr que esta conexión mantenga la fidelidad al nivel exigido por la corrección de errores cuánticos.
Un enlace desmontable con menos del 1 % de pérdida
El equipo liderado por Michael Mollenhauer y Wolfgang Pfaff diseñó un interconector que combina un cable coaxial superconductor con un esquema de bombeo rápido. Gracias a esta técnica, pudieron realizar puertas SWAP entre cúbits en menos de 100 nanosegundos con apenas un 1 % de error. En palabras del artículo: “hemos demostrado puertas SWAP entre módulos con un 1 % de pérdida en menos de 100 ns”.
Este resultado es especialmente relevante porque se sitúa justo en el umbral necesario para considerar una arquitectura como tolerante a fallos. En computación cuántica, alcanzar un error de aproximadamente el 1 % por operación es el requisito mínimo para que los códigos de corrección de errores funcionen de manera eficaz. Hasta ahora, la mayoría de intentos de conectar módulos había sufrido pérdidas muy superiores, en torno al 15 %.
Los investigadores también comprobaron que podían entrelazar cúbits de diferentes módulos con una fidelidad del 97,4 %, lo que representa un nivel comparable al de las operaciones dentro de un mismo chip. Esto significa que, en términos prácticos, la distancia física entre módulos deja de ser una limitación insalvable. El sistema, además, es reconfigurable: el cable puede desmontarse y volver a conectarse sin que el rendimiento se degrade de forma irreversible.
La lógica de los clónicos aplicada a la era cuántica
En la informática doméstica de los años noventa, la modularidad supuso una auténtica revolución. Un PC clónico podía adaptarse a distintos bolsillos y necesidades, permitiendo que los usuarios más avanzados personalizaran su máquina pieza a pieza. En cierto modo, la propuesta del equipo de Illinois busca lo mismo para la computación cuántica: máquinas flexibles, actualizables y escalables que no dependan de un único bloque cerrado.
Pfaff lo explica con claridad en la propia investigación: la idea es poder construir un sistema que se pueda montar, desmontar y volver a montar, manteniendo al mismo tiempo operaciones de muy alta calidad. Esto permite probar componentes de manera independiente, detectar fallos antes de integrarlos y realizar sustituciones sin perder todo el trabajo previo. Es, esencialmente, la filosofía de los ordenadores clónicos trasladada al terreno cuántico.
El paralelismo va aún más lejos. Igual que en los años noventa las tarjetas gráficas o los discos duros variaban en calidad y era posible elegir las piezas más fiables, los módulos cuánticos podrán fabricarse, testarse individualmente y conectarse solo si cumplen estándares de fidelidad. De este modo, el rendimiento global de la máquina no dependerá de que todos los componentes sean perfectos, sino de la capacidad de integrarlos de forma eficiente.
Cúbits, fidelidad y puertas cuánticas
Para comprender la importancia de este logro conviene detenerse en algunos conceptos clave. Los cúbits son las unidades básicas de información cuántica. A diferencia de los bits clásicos, que solo pueden valer 0 o 1, un cúbit puede estar en una superposición de ambos estados. Esto abre la puerta a cálculos mucho más potentes, pero también introduce gran fragilidad: cualquier mínima perturbación puede provocar errores.
Por eso, los investigadores miden continuamente la fidelidad de las operaciones. Una fidelidad del 100 % implicaría cero errores, un ideal todavía inalcanzable. En la práctica, se busca superar el 99 % para que la corrección de errores haga viable el sistema. El equipo de Illinois alcanzó una fidelidad del 99 % en las puertas SWAP entre módulos, un valor que coloca a su propuesta en la frontera de lo posible.
Además de las puertas SWAP, los científicos mostraron que podían generar entrelazamiento cuántico entre cúbits situados en módulos distintos, un requisito esencial para construir redes cuánticas distribuidas. Tal como señala el paper, “este esquema permite la generación de entrelazamiento de alta fidelidad y la operación de un cúbit lógico distribuido”. Esto significa que, en el futuro, varias unidades modulares podrían trabajar juntas como un único procesador lógico.
Perspectivas de futuro
Aunque los resultados son prometedores, todavía quedan retos importantes. Los propios autores reconocen que el diseño mecánico del conector debe mejorar para reducir el impacto sobre la coherencia de los cúbits. En las pruebas realizadas, los tiempos de coherencia —la duración durante la cual un cúbit mantiene su estado cuántico— fueron algo inferiores a los habituales en dispositivos sin cables desmontables. Aun así, la repetibilidad de los experimentos demostró que el sistema es robusto y que las conexiones pueden montarse y desmontarse múltiples veces manteniendo buen rendimiento.
El potencial de esta arquitectura va más allá de los transmones, el tipo de cúbit utilizado en este estudio. Según el artículo, “nuestro interconector no requiere elementos de circuito adicionales más allá de la no linealidad intrínseca de los cúbits, lo que lo hace aplicable también a otros tipos”. Esto significa que la propuesta podría extenderse a tecnologías emergentes como los cúbits fluxonium o incluso a sistemas híbridos que combinen distintos tipos de dispositivos cuánticos.
En el futuro inmediato, los investigadores planean conectar más de dos módulos manteniendo la capacidad de verificar errores y de reconfigurar la red. El objetivo es construir procesadores distribuidos que, como aquellos ordenadores clónicos, puedan ampliarse pieza a pieza hasta alcanzar una potencia inalcanzable para los diseños monolíticos.
Referencias
- Mollenhauer, M., Irfan, A., Cao, X. et al. A high-efficiency elementary network of interchangeable superconducting qubit devices. Nature Electronics 8, 610–619 (2025). https://doi.org/10.1038/s41928-025-01404-3.
Cortesía de Muy Interesante
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