El chip Majorana 1 de Microsoft abre un nuevo camino para la computación cuántica
Escucha al equipo de Microsoft que está detrás del reciente avance en física y computación cuántica demostrado por el nuevo chip Majorana 1, diseñado a partir de un material completamente nuevo que tiene el potencial de escalar a millones de cúbits en un solo chip.
Microsoft presentó el 19 de febrero de 2025 Majorana 1, el primer chip cuántico del mundo impulsado por una nueva arquitectura de núcleo topológico que espera que permita crear computadoras cuánticas capaces de resolver problemas significativos a escala industrial en años, no décadas.
Aprovecha el primer topoconductor del mundo, un tipo de material innovador que puede observar y controlar partículas Majorana para producir qubits más confiables y escalables, que son los componentes básicos de las computadoras cuánticas.
De la misma manera que la invención de los semiconductores hizo posibles los teléfonos inteligentes, las computadoras y la electrónica actuales, los topoconductores y el nuevo tipo de chip que posibilitan ofrecen un camino para desarrollar sistemas cuánticos que pueden escalar a un millón de qubits y son capaces de abordar los problemas industriales y sociales más complejos, dijo Microsoft.
“Dimos un paso atrás y dijimos ‘Está bien, inventemos el transistor para la era cuántica. “¿Qué propiedades debe tener?”, dijo Chetan Nayak, miembro técnico de Microsoft. “Y así es como llegamos aquí: es la combinación particular, la calidad y los detalles importantes en nuestra nueva pila de materiales lo que ha permitido un nuevo tipo de cúbit y, en última instancia, toda nuestra arquitectura”.
Esta nueva arquitectura utilizada para desarrollar el procesador Majorana 1 ofrece un camino claro para colocar un millón de cúbits en un solo chip que puede caber en la palma de la mano, dijo Microsoft. Este es un umbral necesario para que las computadoras cuánticas brinden soluciones transformadoras del mundo real, como descomponer los microplásticos en subproductos inofensivos o inventar materiales autorreparadores para la construcción, la fabricación o la atención médica. Todas las computadoras actuales del mundo que operan juntas no pueden hacer lo que una computadora cuántica de un millón de cúbits podrá hacer.
“Todo lo que se hace en el espacio cuántico necesita tener un camino hacia un 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”, dijo Nayak. “De hecho, hemos elaborado un camino hacia un millón”.
El topoconductor, o superconductor topológico, es una categoría especial de material que puede crear un estado de materia completamente nuevo (no un sólido, un líquido o un gas, sino un estado topológico). Esto se aprovecha para producir un cúbit más estable que es rápido, pequeño y se puede controlar digitalmente, sin las desventajas que requieren las alternativas actuales. Un nuevo artículo publicado el miércoles en Nature describe cómo los investigadores de Microsoft pudieron crear las exóticas propiedades cuánticas del cúbit topológico y también medirlas con precisión, un paso esencial para la computación práctica.
El primer núcleo topológico del mundo que alimenta a Majorana 1 es confiable por diseño, ya que incorpora resistencia a errores a nivel de hardware, lo que lo hace más estable.
Las aplicaciones de importancia comercial también requerirán billones de operaciones en un millón de cúbits, lo que sería prohibitivo con los enfoques actuales que dependen del control analógico afinado de cada cúbit. El nuevo enfoque de medición del equipo de Microsoft permite controlar los cúbits digitalmente, redefiniendo y simplificando enormemente el funcionamiento de la computación cuántica.
Este progreso valida la elección que Microsoft tomó hace años de buscar un diseño de cúbits topológicos, un desafío científico y de ingeniería de alto riesgo y alta recompensa que ahora está dando sus frutos. Hoy, la empresa ha colocado ocho cúbits topológicos en un chip diseñado para escalar a un millón.
Este avance requirió el desarrollo de una pila de materiales completamente nueva compuesta de arseniuro de indio y aluminio, muchos de los cuales Microsoft diseñó y fabricó átomo por átomo. El objetivo era hacer que surgieran nuevas partículas cuánticas llamadas Majoranas y aprovechar sus propiedades únicas para alcanzar el próximo horizonte de la computación cuántica, dijo Microsoft.
Los qubits son delicados y muy susceptibles a las perturbaciones y errores que provienen de su entorno, que hacen que se deshagan y se pierda información. Su estado también puede verse afectado por la medición, un problema porque la medición es esencial para la computación. Un desafío inherente es desarrollar un qubit que pueda medirse y controlarse, al mismo tiempo que ofrezca protección contra el ruido ambiental que los corrompe.
Los qubits se pueden crear de diferentes maneras, cada una con ventajas y desventajas. Hace casi 20 años, Microsoft decidió seguir un enfoque único: desarrollar qubits topológicos, que creía que ofrecerían qubits más estables que requerirían menos corrección de errores, desbloqueando así ventajas de velocidad, tamaño y capacidad de control. El enfoque planteó una curva de aprendizaje pronunciada, que requirió avances científicos y de ingeniería desconocidos, pero también el camino más prometedor para crear qubits escalables y controlables capaces de realizar un trabajo comercialmente valioso.
Diseño de materiales cuánticos átomo a átomo
La arquitectura topológica de cúbits de Microsoft tiene nanocables de aluminio unidos para formar una H. Cada H tiene cuatro Majoranas controlables y forma un cúbit. Estos H también se pueden conectar y distribuir por el chip como si fueran mosaicos.
“Es complejo porque tuvimos que mostrar un nuevo estado de la materia para llegar allí, pero después de eso, es bastante simple. Se va creando mosaicos. Tienes esta arquitectura mucho más simple que promete un camino mucho más rápido para escalar”, dijo Krysta Svore, miembro técnico de Microsoft.
El chip cuántico no funciona solo. Existe en un ecosistema con lógica de control, un refrigerador de dilución que mantiene los cúbits a temperaturas mucho más frías que las del espacio exterior y una pila de software que puede integrarse con la IA y las computadoras clásicas. Todas esas piezas existen, construidas o modificadas completamente en casa, dijo.
Es un resumen del artículo en inglés que puedes checar en el siguiente link.
Escrito por Catherine Bolgar
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