Días atrás, Microsoft generó revuelo en el ambiente científico al anunciar el descubrimiento de un nuevo estado de la materia –contrapuesto al sólido, líquido y gaseoso- mediante un chip cuántico llamado Majorana 1, cuya arquitectura de núcleo topológico es capaz de administrar cúbits menos propensos al error.
Con este hallazgo, el gigante del software sube la apuesta en el terreno de la computación cuántica, una tecnología que se mueve en paralelo con la carrera actual por la Inteligencia Artificial (IA) y se perfila como el gran desafío de esta década.
Este avance, en combinación con la IA, podría acelerar el desarrollo de moléculas bioactivas o compuestos químicos que otorguen una respuesta inmediata a los grandes interrogantes de la ciencia, sin conjeturas ni años de prueba y error.
“La computación cuántica le enseña a la IA el lenguaje de la naturaleza para que pueda decirte la receta de lo que quieres hacer”, resumió Matthias Troyer, miembro técnico de Microsoft.
El misterio de los estados topológicos
En este fenómeno recién descubierto, las propiedades de los estados topológicos de la materia, conocidos por su resistencia a la deformación, se combinan con las leyes de la conductividad eléctrica sin resistencia.
“Esta revolucionaria clase de materiales nos permite crear la superconductividad topológica, un nuevo estado de la materia que anteriormente solo existía en teoría”, explica Chetan Nayak, miembro de Microsoft que dirigió el equipo que construyó la tecnología.
La firma con sede en Redmond logró agrupar ocho de estos cúbits topológicos en este chip XXL, una cantidad considerablemente inferior a la de los microcircuitos que manejan algunos de sus rivales.
Sin embargo, el procesador Majorana, tiene el potencial de alcanzar la escala del millón de cúbits, considerado como el ‘santo grial’ del procesamiento. Lo que elevaría la capacidad de cálculo hasta límites insospechados.
«Un computadora cuántica con un millón de cúbits no es sólo un hito: es una puerta de acceso a la resolución de algunos de los problemas más complejos del mundo«, afirma Nayak.
El sueño de la materia
Chetan Nayak, miembro de Microsoft que dirigió el equipo que construyó la tecnología.Desde la década de los 80, los científicos sueñan con crear una computadora cuántica: una máquina capaz de aprovechar el comportamiento enigmático de las partículas subatómicas y los objetos a temperaturas extremadamente bajas.
Este universo se rige por las leyes de la mecánica cuántica, que difieren de las leyes físicas del mundo visible. En este ámbito, las partículas se denominan cúbits o bits cuánticos y son análogas a los bits (unos y ceros) que utilizan las computadoras actuales.
Muchas de las innovaciones actuales, como los cúbits superconductores que desarrollan Google e IBM, son extremadamente delicadas. Por esta razón, los sistemas resultantes necesitan una gran cantidad de cúbits adicionales para corregir posibles fallas.
El estado cuántico de los cúbits se vuelve inestable debido a un fenómeno llamado decoherencia, que ocurre cuando los cúbits interactúan con su entorno, lo que puede incluir fluctuaciones térmicas, vibraciones mecánicas y ruido electromagnético.
Por eso, Microsoft buscó una alternativa que reduzca la complejidad del sistema para que sea más estables. Estos componentes, las cuasipartículas de Majorana, son en realidad patrones especiales de comportamiento que aparecen en ciertos modelos físicos bajo condiciones específicas.
Este superconductor puede crear un estado nuevo de la materia, que no es sólido, líquido o gaseoso, sino topológico. Y se aprovecha para producir un cúbit más estable, pequeño y veloz.
Para crear Majorana 1, la empresa combinó arseniuro de indio, un semiconductor, con aluminio, un superconductor. Al enfriar estos materiales a temperaturas cercanas al cero absoluto y aplicar campos magnéticos, se formaron nanocables superconductores topológicos.
Sin embargo, este enfoque ha requerido significativos avances científicos y de ingeniería para crear cúbits que sean escalables y controlables a nivel comercial.
“Es irónico que también es la razón por la que necesitamos una computadora cuántica, porque comprender estos materiales es bastante difícil. Con una computadora cuántica a escala, podremos predecir materiales con propiedades aún mejores para construir la próxima generación de computadoras cuánticas más allá de la escala”, advirtió Krysta Svore, miembro técnico de Microsoft.
La revista Nature publicó un artículo que valida las investigaciones de Microsoft. A partir de la partícula fermión de Majorana, cuyas propiedades cuánticas únicas sirven para desarrollar cúbits topológico más resistentes a los errores.
A principios de este mes, DARPA, la agencia del gobierno de EE. UU., escogió a Microsoft como una de las dos empresas que trabajarán en el diseño de un sistema a escala industrial, a través de un programa centrado en enfoques poco explorados que podrían conducir a sistemas cuánticos comerciales.
La otra empresa seleccionada es PsiQuantum, una startup que aspira a construir una computadora cuántico de hasta un millón de qubits utilizando fotones.
La partícula imposible
El asombroso chip cuántico Majorana 1, con el sello de Microsoft.Durante muchos años, tanto teóricos como experimentales fueron tentados por la idea de crear cúbits topológicos que se construyen mediante giros matemáticos y están protegidos de los errores por su propia física.
El precursor de este concepto, fue un joven y brillante físico italiano llamado Ettore Majorana quien en 1937 predijo la existencia de una partícula aparentemente imposible. No tenía carga y, por tanto, podía comportarse a la vez como si estuviese hecha de materia y antimateria.
La hipótesis que planteaba era que, por cada elemento de materia conocida podía haber un reverso con carga opuesta hecha de antimateria. Desde entonces los investigadores han intentado descubrirla sin éxito.
Los responsables de este proyecto estuvieron 17 años involucrados en un proyecto de investigación para crear un nuevo material y una nueva arquitectura para la computación cuántica.
SL
