Microsoft ha anunciado un avance histórico en el campo de la computación cuántica: su nuevo chip Majorana 1, el primer procesador cuántico basado en qubits topológicos. La compañía presentó este dispositivo —del tamaño de la palma de la mano— como un hito que allanará el camino hacia ordenadores cuánticos capaces de resolver problemas de escala industrial en años, en lugar de décadas
Majorana 1 está construido con un material exótico de nueva clase llamado topoconductor, lo que le permite operar en un estado topológico de la materia antes solo teorizado, marcando un “salto transformador” hacia la computación cuántica práctica
Este anuncio posiciona a Microsoft en la vanguardia de la carrera cuántica, en la que competidores como Google e IBM también buscan la próxima gran revolución tecnológica.
Diferencias con otros enfoques
A diferencia de Microsoft, que ha apostado por qubits topológicos, empresas como Google e IBM han seguido enfoques más tradicionales en sus ordenadores cuánticos. La gran mayoría de los proyectos actuales utilizan qubits basados en circuitos de metales superconductores o iones atrapados, que han demostrado avances importantes pero con tecnología convencional
Por ejemplo, Google logró en 2019 la llamada “supremacía cuántica” cuando su procesador Sycamore (53 qubits) resolvió en minutos un cálculo que al superordenador clásico más potente le tomaría milenios
IBM, por su parte, ha ido aumentando el número de qubits en sus chips superconductores, llegando recientemente a procesadores de más de 1.000 qubits físicos (como el IBM Condor de 1.121 qubits presentado en 2023)
Sin embargo, estos enfoques tradicionales enfrentan un obstáculo fundamental: la fragilidad de sus qubits. Las interferencias del entorno y las imperfecciones hacen que los estados cuánticos se decoherencien con facilidad, introduciendo errores en los cálculos
Para lograr resultados fiables, Google, IBM y otros deben recurrir a complejos protocolos de corrección de errores cuánticos, empleando muchos qubits físicos por cada qubit “lógico” libre de fallos. De hecho, la confiabilidad de las computadoras cuánticas actuales depende de implementar algún nivel de corrección de errores, lo que complica escalar estos sistemas.
Microsoft decidió tomar un camino distinto: en lugar de seguir añadiendo qubits convencionales con altos índices de error, ha invertido años de investigación en un tipo de qubit teóricamente más estable y robusto contra errores: el qubit topológico.
Importancia de los qubits topológicos
Los qubits topológicos prometen superar las limitaciones de los enfoques previos, y por eso Microsoft los ha convertido en el pilar de su estrategia cuántica. En comparación con los qubits convencionales, los topológicos son mucho menos susceptibles a errores causados por el “ruido” ambiental; requieren mucha menos corrección de fallos activa y pueden controlarse de forma digital en lugar de analógica
En otras palabras, cada qubit topológico permanece coherente por más tiempo y su información es intrínsecamente más estable, reduciendo drásticamente la probabilidad de cálculos erróneos. La razón de esta estabilidad sin precedentes es que el estado cuántico se almacena en una propiedad global del sistema (la paridad de ciertos electrones) que queda oculta al entorno. Un electrón que en un qubit convencional estaría “suelto” y sería fácilmente perturbado, en un qubit topológico está compartido entre dos puntos y se vuelve invisible para el entorno, protegiendo así la información
Gracias a esta protección topológica, los qubits de Majorana 1 sufren muchas menos decoherencias espontáneas, lo que implica menos errores y la posibilidad de escalar a sistemas mucho más grandes sin el mismo nivel de complejidad de corrección que otros enfoques. En resumen, Microsoft ha optado por qubits topológicos porque ofrecen una vía hacia computadoras cuánticas más estables y fiables, un paso crucial para hacer viable la computación cuántica a gran escala.
Detalles técnicos del chip Majorana 1
El Majorana 1 materializa estos principios en un chip prototipo de 8 qubits con una arquitectura radicalmente distinta. Su núcleo está formado por nanocables semiconductores-superconductores hechos de arseniuro de indio (InAs) y aluminio, diseñados con precisión atómica.
Cuando estos nanocables —denominados topoconductores— se enfrían a temperaturas cercanas al cero absoluto y se ajustan con campos magnéticos, entran en un régimen de superconductividad topológica, un nuevo estado de la materia que permite la aparición de quasipartículas especiales en los extremos de cada nanocable.
En concreto, en esos extremos surgen los llamados modos cero de Majorana (MZM), pares de quasipartículas teorizadas por el físico Ettore Majorana en 1937 que tienen la peculiar propiedad de ser su propia antipartícula.
Cada par de MZMs forma esencialmente un qubit: la presencia o ausencia de un electrón desapareado compartido entre los dos extremos (lo que se conoce como la paridad del nanocable) codifica el valor cuántico del qubit (equivalente al “0” o “1” en términos cuánticos).
Esta forma de almacenar la información —distribuida en dos partículas Majorana separadas— es lo que brinda al qubit su protección topológica, ya que perturbar el estado requiere afectar simultáneamente a ambas MZMs, algo extremadamente improbable en condiciones controladas.
Uno de los desafíos técnicos clave de Majorana 1 fue leer el estado de estos qubits sin destruir su delicada información. Dado que el qubit está cifrado en la paridad global (por ejemplo, si hay un número par o impar de electrones en el nanocable), no se puede medir directamente con las técnicas habituales de las que disponemos en qubits superconductores tradicionales.
Microsoft resolvió este problema con una ingeniosa solución de lectura de paridad: conectó ambos extremos del nanocable a un diminuto punto cuántico (un nanodispositivo semiconductor capaz de almacenar carga eléctrica) mediante interruptores digitales controlables,
Cuando se cierra el circuito, el punto cuántico comparte carga con el nanocable y su capacidad eléctrica cambia ligeramente dependiendo de la paridad del qubit (es decir, varía si el nanocable tiene un electrón desapareado o no).
Luego, a través de una medición por microondas, se detecta ese cambio de capacidad: las microondas reflejadas por el punto cuántico llevan una huella distinta según el estado (par o impar) del qubit.
De este modo, el sistema puede “leer” el qubit de forma no invasiva y conocer su valor lógico sin colapsar su estado cuántico.
Los primeros resultados experimentales de Majorana 1 han sido prometedores. Este método de lectura de paridad demostró ser fiable en una sola medición, con una tasa de error inicial de aproximadamente apenas 1%.
Los ingenieros de Microsoft han identificado rutas claras para reducir aún más ese error, acercándolo al umbral requerido para la corrección de errores cuánticos autónoma. Además, el chip mostró una estabilidad notable frente a perturbaciones externas: incluso expuesto a radiación electromagnética residual, solo muy raramente (en promedio una vez cada milisegundo) se rompe un par de Cooper en el topoconductor y cambia la paridad de un qubit.
Esto indica que el apantallamiento y el aislamiento criogénico del Majorana 1 funcionan eficazmente para mantener a raya el ruido externo. En conjunto, la arquitectura topológica de este chip —materiales innovadores, qubits protegidos por hardware y técnicas de lectura fiables— representa un camino nuevo y potencialmente escalable para la computación cuántica.
Objetivo a largo plazo de Microsoft
Con Majorana 1, Microsoft no solo busca demostrar un dispositivo aislado, sino sentar las bases de un futuro superordenador cuántico de gran escala. El diseño de este chip está pensado desde el inicio para escalar: la compañía afirma que su arquitectura de núcleo topológico podrá integrar hasta un millón de qubits en un solo chip compacto.
Esto contrasta con la escala de decenas o cientos de qubits de los procesadores cuánticos actuales, y abriría la puerta a alcanzar la capacidad de cómputo cuántico necesaria para resolver problemas de enorme complejidad. Microsoft se ha fijado como meta construir el primer prototipo de computador cuántico tolerante a fallos del mundo en un plazo de pocos años y no décadas.
De hecho, su enfoque ha sido validado por la agencia de investigación DARPA en Estados Unidos, que seleccionó la propuesta de qubits topológicos de Microsoft como una de las dos vías a financiar dentro de su programa para sistemas cuánticos escalables (US2QC).
Esta hoja de ruta prevé que, tras el prototipo inicial, se podría seguir aumentando la cantidad de qubits hasta alcanzar ese orden del millón, combinando múltiples chips si es necesario, y aplicando corrección de errores cuánticos en niveles superiores para obtener qubits lógicos prácticamente perfectos.
Un ordenador cuántico con tantos qubits fiables tendría implicaciones revolucionarias en numerosos campos científicos e industriales. Con esa potencia, se podrían abordar cálculos que hoy son imposibles incluso para los supercomputadores clásicos más veloces. Por ejemplo, se vislumbran aplicaciones en química y ciencia de materiales, como el diseño de materiales autorreparables o de catalizadores capaces de descomponer contaminantes en productos inocuos.
En el ámbito de la salud, una máquina así podría acelerar enormemente el descubrimiento de nuevos medicamentos simulando el comportamiento de moléculas complejas y proteínas a una escala de detalle inalcanzable hoy.
También transformaría la optimización de procesos en sectores como la logística, la energía y la inteligencia artificial, resolviendo en minutos problemas de planificación, rutas o simulación que actualmente requerirían años de cálculo. Incluso en la propia tecnología cuántica tendría impacto: un computador cuántico masivo ayudaría a diseñar materiales cuánticos mejores y algoritmos más avanzados, realimentando el progreso del campo.
En definitiva, Microsoft vislumbra en el horizonte superordenadores cuánticos de un millón de qubits aplicados a desafíos globales, desde limpiar océanos y frenar el cambio climático hasta revolucionar la medicina personalizada y la criptografía, cambiando para siempre lo que la computación puede lograr.
Reacciones y perspectivas de expertos
El anuncio de Majorana 1 ha generado expectativas en la comunidad científica, aunque también llamados a la prudencia. Muchos investigadores ven este logro como un posible punto de inflexión en la carrera hacia la computación cuántica útil, al demostrar por primera vez un qubit protegido por un nuevo estado de la materia.
La combinación de estabilidad y escalabilidad mostrada por Microsoft posiciona a los qubits topológicos como serios candidatos para liderar la próxima generación de tecnologías cuánticas.
“Hemos reinventado el transistor para la era cuántica”, declaró Chetan Nayak, líder del equipo de Microsoft, destacando que su nuevo enfoque de materiales y arquitectura podría acelerar el camino hacia máquinas de millones de qubits.
No obstante, muchos expertos aconsejan optimismo cauteloso. “Majorana 1 representa un avance prometedor, pero aún debemos ser cautos”, opina Paul Stevenson, profesor de Física en la Universidad de Surrey, señalando que quedan desafíos enormes en el desarrollo y escalado de esta tecnología antes de que cumpla todas sus promesas.
En la misma línea, otros físicos destacan que, si bien el logro técnico es real, convertirlo en un ordenador cuántico plenamente funcional requerirá resolver problemas de ingeniería complejos en los próximos años.
Desde la industria, algunos competidores han reaccionado con escepticismo. En conversaciones internas, Amazon –que también invierte en computación cuántica– puso en duda la magnitud del avance de Microsoft. Simone Severini, director de tecnologías cuánticas de Amazon, comentó tras revisar el estudio publicado en Nature que este “en realidad no demuestra” el avance proclamado, mostrando solo que el nuevo chip “podría potencialmente permitir experimentos futuros”.
Severini recordó además que Microsoft arrastra un historial complicado en este ámbito, con investigaciones anteriores que tuvieron que ser retractadas, sugiriendo prudencia ante los anuncios demasiado optimistas. Oskar Painter, jefe de hardware cuántico en Amazon, fue más duro en sus apreciaciones, calificando la presentación de Microsoft como “exageración de siguiente nivel” en términos de mercadotecnia.
En mensajes revelados por la prensa, Painter expresó mayor confianza en los enfoques de Google e IBM, insinuando que las afirmaciones de Microsoft podrían estar “más adelantadas que sus resultados reales”.
Otros expertos independientes coinciden en que, si bien Majorana 1 es un paso importante, aún es insuficiente comparado con lo que se necesitaría para un sistema cuántico útil a gran escala. En palabras del profesor Arka Majumdar de la Universidad de Washington, los progresos de distintos gigantes parecen más una “carrera publicitaria” que avances sustanciales, reflejando la necesidad de resultados concretos más allá del ruido mediático.
Conclusión
El procesador Majorana 1 de Microsoft supone un audaz paso adelante hacia una nueva era de la computación cuántica. Al introducir los qubits topológicos en un chip operativo, Microsoft está explorando una vía tecnológica que podría transformar el futuro de la computación si resulta exitosa.
Si estos qubits logran cumplir sus promesas de estabilidad y escalabilidad, el camino hacia superordenadores cuánticos con millones de qubits podría acortarse drásticamente, pasando de un horizonte de décadas a uno de años. Esto a su vez aceleraría descubrimientos científicos y desarrollos industriales en múltiples áreas, con un impacto difícil de exagerar – desde materiales innovadores y medicina hasta soluciones para el cambio climático y nuevas formas de inteligencia artificial.
Por supuesto, persisten grandes desafíos: demostrar que el Majorana 1 puede escalar efectivamente sin perder sus ventajas, y que la arquitectura topológica puede integrarse en sistemas complejos con miles o millones de componentes. La carrera cuántica entre compañías como Microsoft, Google, IBM (y también nuevos actores como Amazon e iniciativas académicas) se intensificará a medida que cada una persiga la ansiada computación cuántica práctica.
Queda por ver si el enfoque de Microsoft le dará una ventaja decisiva o si surgirá alguna dificultad inesperada en este camino pionero. Por lo pronto, Majorana 1 ya ha cumplido con revitalizar el debate y la investigación en torno a cómo construir el primer ordenador cuántico verdaderamente útil.
Este avance sitúa un nuevo listón de innovación y alimenta la esperanza de que, más temprano que tarde, la humanidad cuente con herramientas cuánticas capaces de abordar problemas que hoy están más allá del alcance de cualquier supercomputadora clásica.
