Esta semana Microsoft presentó su chip Majorana 1. Este promete acelerar el desarrollo de la computación cuántica, con aplicaciones potenciales en diversos sectores industriales.

El anuncio se compone de tres aspectos:

·         Majorana 1: la primera unidad de procesamiento cuántico (QPU, por sus siglas en inglés) que consiste en un “núcleo topológico”, diseñada para escalar a un millón de qubits en un solo chip.

·         Una hoja de ruta para avanzar desde dispositivos de un solo qubit hasta matrices que permitan la corrección de errores cuánticos.

·         Construcción del primer prototipo tolerante a fallos basado en qubits topológicos. El anuncio señala que Microsoft podría construir una computadora cuántica escalable en años, ya no en décadas como se esperaba hasta el momento.

Bautizado con el nombre del físico italiano Ettore Majorana, el nuevo chip difiere de otros que se utilizan actualmente. Majorana 1 usa qubits topológicos, un tipo de qubit que aprovecha los estados topológicos de la materia para almacenar y procesar información. Los estados topológicos tienen propiedades particularmente adecuadas para la realización de superconductores y para aplicaciones en el campo de la computación cuántica. Los “topoconductores” permiten crear qubits más estables y escalables.

¿Qué son los qubits?

Un qubit (o bit cuántico) es la unidad básica de información en la computación cuántica, análoga al bit en la computación clásica. Mientras que un bit clásico puede estar en uno de dos estados posibles, 0 o 1, un qubit tiene la capacidad de estar en una superposición de ambos estados simultáneamente. Esta propiedad se debe a los principios de la mecánica cuántica y permite que los qubits representen múltiples valores al mismo tiempo, lo que habilita a los procesadores cuánticos a realizar cálculos mucho más rápidos que los procesadores comunes.

Explicar el funcionamiento de un qubit está fuera del alcance de esta columna (yo tampoco lo entiendo con claridad). Les pido que acepten que un procesador basado en qubits tiene una capacidad de cómputo muchísimo mayor a un procesador convencional.

Majorana 1 ha logrado integrar ocho qubits en condiciones de estabilidad. Su diseño promete una gran escalabilidad. En la conferencia de lanzamiento, Satya Nadella menciona la posibilidad de llegar a un millón de qubits en un solo chip.

El problema de los qubits es la estabilidad. Los estados cuánticos de la materia son inherentemente frágiles y susceptibles a perturbaciones externas, tales como fluctuaciones de temperatura, campos electromagnéticos y vibraciones mecánicas. Estas interferencias pueden provocar la decoherencia, un proceso en el cual el qubit pierde la información almacenada. La decoherencia limita el tiempo durante el cual un qubit puede mantener información precisa, afectando la fiabilidad de los cálculos cuánticos.

Además, se están implementando técnicas de corrección de errores. Estas técnicas implican el uso de varios qubits físicos para representar un único qubit lógico, permitiendo la detección y corrección de errores sin destruir la información. Aunque este enfoque aumenta la complejidad del sistema, sería esencial para construir procesadores cuánticos escalables y fiables.

La implementación exitosa del Majorana 1 podría revolucionar múltiples industrias al permitir la resolución de problemas complejos en plazos mucho más cortos. Para citar únicamente dos ámbitos, se podrían resolver problemas asociados a la descomposición de microplásticos o al desarrollo de materiales autorreparables. En el sector farmacéutico, se podría acelerar el descubrimiento de nuevos medicamentos al permitir simulaciones moleculares más precisas y rápidas.

La computación cuántica representa una revolución en el ámbito de la tecnología de la información, con el potencial de resolver problemas complejos a velocidades inalcanzables para las computadoras clásicas. Sin embargo, este avance también plantea desafíos significativos en el campo de la criptografía, ya que muchos de los sistemas de seguridad actuales podrían volverse vulnerables ante la capacidad de procesamiento de los ordenadores cuánticos.

Probablemente la criptografía sería el área que sería más afectada en el corto plazo en el caso de lograrse una computadora cuántica viable. Los sistemas criptográficos modernos se basan en la dificultad de resolver problemas matemáticos complejos, como la factorización de números primos grandes o el cálculo de logaritmos discretos. Estos problemas son prácticamente irresolubles para las computadoras clásicas en un tiempo razonable, lo que garantiza la seguridad de los datos cifrados. No obstante, los algoritmos cuánticos pueden resolver estos problemas de manera eficiente, poniendo en riesgo la confidencialidad de prácticamente toda la información protegida.

Aunque el Majorana 1 representa un avance prometedor, la transición hacia computadoras cuánticas comerciales plenamente funcionales aún enfrenta desafíos. La comunidad científica mantiene un enfoque cauteloso, reconociendo la necesidad de validación experimental adicional y la superación de obstáculos técnicos para la producción a gran escala.

Majorana 1 promete ser un hito en la evolución de la computación cuántica al abordar desafíos clave relacionados con la estabilidad y escalabilidad de los qubits.  Este desarrollo coloca a Microsoft a la vanguardia en la carrera por la supremacía cuántica, compitiendo con empresas como Google e IBM, así como con iniciativas de China.

En síntesis, los desafíos persisten, pero se señala que los plazos han pasado de ser décadas a ser años. La computación cuántica se suma a la inteligencia artificial y a la edición genética. Todo indica que seguiremos en un ritmo de cambios vertiginoso.