Microsoft anunció el miércoles que desarrolló un tipo completamente nuevo de computadora cuántica.
Su nuevo chip, Majorana 1, es un procesador cuántico análogo a los transistores de los chips semiconductores de las computadoras clásicas y ofrece una vía para crear sistemas con un millón de cúbits en un solo refrigerador de computación cuántica, relativamente pequeño.
Lo más llamativo es que la compañía asegura haber creado, en esencia, un nuevo estado de la materia: un superconductor topológico. Según Microsoft, este avance, que llevó 19 años de desarrollo, permitirá la construcción de computadoras cuánticas viables y comercialmente utilizables en un plazo de cinco años.
"Tendremos una computadora cuántica tolerante a fallos, una computadora cuántica verdaderamente tolerante a fallos en años, no en décadas", afirmó el Dr. Chetan Nayak, quien lidera el programa de hardware cuántico en Microsoft y trabajó en este desafío durante casi dos décadas. "Y una vez que lo tengamos, vamos a construir sobre eso para llegar a la escala de servicios públicos", concluyó.
Como parte de este proceso, Microsoft ya desarrolló una prueba de concepto de ocho cúbits, que presentó ante la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA). Este avance le permitió a la compañía avanzar a la fase final del programa Sistemas Subexplorados para Computación Cuántica a Escala de Utilidad (US2QC), impulsado por la agencia estadounidense.
El último anuncio de Microsoft en el campo de la computación cuántica trae consigo avances que podrían cambiar el panorama tecnológico. Según explicó el Dr. Nayak en un episodio del podcast TechFirst, la innovación se basa en cuatro desarrollos clave:
- Un estado de la materia completamente nuevo: un superconductor topológico.
- Un medio para medir estados cuánticos de forma no destructiva.
- Un método para cargar datos en estos qubits.
- Un sistema para crear estructuras multi-qubit.
"La superconductividad es un estado de la materia", señaló Nayak, "tanto como el líquido, el gas, el sólido o el plasma", agregó. En este contexto, los superconductores topológicos—que Microsoft sostiene que no existen de manera natural en el universo—se componen de una combinación de materiales, incluyendo arseniuro de indio, aluminio y otros elementos. La mayoría de estos fueron fabricados por la empresa átomo por átomo.
Uno de los aspectos más sorprendentes de este avance es la temperatura a la que operan estos superconductores topológicos: 50 milikelvins, lo que equivale a un frío más extremo que el del espacio exterior. Para ponerlo en perspectiva, estamos hablando de -273,15 grados Celsius o -459,58 grados Fahrenheit.
Lo que distingue a los superconductores topológicos es su capacidad para manejar un número impar de electrones sin problemas, algo que ningún otro tipo de superconductor puede hacer. Microsoft encontró una manera de "ocultar" estos electrones individuales en cables a escala nanométrica que generan lo que se conoce como modos cero de Majorana. En términos sencillos, en lugar de almacenar información cuántica en una sola partícula, un qubit basado en Majorana emplea dos de estos cables diminutos y cuatro modos cero de Majorana.
Este avance representa un paso fundamental en la computación cuántica, acercando la posibilidad de crear sistemas más estables y funcionales en el futuro.
Microsoft logró desarrollar un método para medir, de forma no destructiva y en cuestión de microsegundos, la existencia de un único electrón y cambiar la orientación de los modos cero de Majorana. Esto permite almacenar datos en cúbits superconductores topológicos y leerlos con precisión.
La noticia alentadora es que estos estados cuánticos tienen una vida relativamente larga en comparación con otros eventos cuánticos: duran milisegundos enteros, lo que en el mundo cuántico es un lapso considerable. Con el uso de un punto cuántico, Microsoft puede realizar mediciones en microsegundos, lo que se traduce en un elemento altamente estable dentro de un chip de computación cuántica.
No obstante, un desafío clave para la empresa era desarrollar un chip de procesamiento cuántico lo suficientemente compacto.
"Si no tenés un chip de procesamiento cuántico bastante pequeño, entonces no lo vas a poder colocar en un solo refrigerador", explicó Nayak. "Necesitás conectar en red varios refrigeradores, y entonces no solo estás resolviendo el problema de construir un procesador cuántico a gran escala, sino también el desafío de la red cuántica... por lo que te enfrentás a dos problemas extremadamente complejos", remarcó.
La solución más eficiente, según Microsoft, fue diseñar un procesador de cúbits compacto, capaz de albergar un millón de cúbits en una sola computadora cuántica del tamaño de un refrigerador.
"Si una sola computadora cuántica de un millón de cúbits equivale a un centro de datos completo, estamos hablando de una máquina gigantesca conectada en red entre múltiples refrigeradores", detalló Nayak. "Y si después necesitás mil de esos centros de datos, el desafío se vuelve realmente abrumador, ¿no?", mencionó.
En definitiva, Nayak subraya la necesidad de contar con al menos 1.000 computadoras cuánticas de un millón de cúbits cada una. El gran avance es que Microsoft vislumbra un camino claro hacia la fabricación de estas computadoras cuánticos basados en superconductores topológicos.
Pero llegar hasta este punto no fue tarea sencilla.
De hecho, este es el programa de I+D más longevo en la historia de Microsoft: 19 años y medio, atravesando múltiples directores ejecutivos, distintas cadenas de mando y varios jefes desde que Nayak se sumó para abordar este problema en 2005. Más de 160 investigadores, científicos e ingenieros figuran en el documento que la compañía publicó sobre este nuevo tipo de qubit, y Nayak asegura que no es solo por cortesía.
El desafío era monumental. Así como los científicos e ingenieros tuvieron que inventar los transistores para las computadoras de mediados del siglo XX, Microsoft estaba convencido de que debía desarrollar transistores esencialmente cuánticos para hacer posible una computadora cuántica escalable.
"Todo lo que se hace en el espacio cuántico debe tener un camino hacia el millón de cúbits. Si no lo tiene, se va a chocar contra un muro antes de llegar a la escala en la que se puedan resolver los problemas realmente importantes que nos motivan", explicó Nayak. "De hecho, hemos elaborado un camino hacia el millón", agregó.
Llama la atención que el cronograma de Microsoft para esta década coincida con los plazos que manejan otros competidores en el ámbito de las computadoras cuánticas.
"Nos estamos centrando en simulaciones cuánticas, optimización y aprendizaje automático cuántico para lograr una ventaja cuántica a partir de 2027", afirmó Jan Goetz, director ejecutivo y cofundador de IQM Quantum Computers.
Por su parte, el Dr. Chris Ballance, cofundador y CEO de Oxford Ionics, cree que en los próximos dos años sus clientes podrán acceder a sistemas de 200 qubits.
Llegar al millón de qubits, sin embargo, es otro desafío completamente distinto.
"Todas las computadoras actuales del mundo funcionando juntos no pueden hacer lo que una computadora cuántica de un millón de qubits será capaz de hacer", sostuvo Microsoft.
Nota publicada por Forbes US
