Majorana 1: el procesador cuántico que podría cambiarlo todo
Microsoft ha presentado Majorana 1, un procesador cuántico basado en qubits topológicos que promete revolucionar la computación cuántica. Topoconductores, cuasipartículas de Majorana... te explico cómo funciona. Si cumplen, impulsarán grandes descubrimientos en fármacos, IA, predicción del clima y criptografía.
Lo sé, esto es taaaan "mediados de febrero de 2025"... Pero es que quería tener tiempo de verlo bien 😉
Microsoft presentó el mes pasado Majorana 1, que es el primer procesador cuántico basado en qubits topológicos, un avance que podría permitirnos tener ordenadores cuánticos realmente útiles en un lustro en lugar de en décadas, permitiendo avances científicos y tecnológicos sin precedentes.
¿Qué significa esto de los qubits "topológicos" y los "topoconductores"?
Voy a intentar desentrañar lo básico sin morir en el intento, porque hay cosas que se me escapan. La cuántica puede volver loco a uno. Vamos a ver los puntos clave en una secuencia lógica para entenderlo:
- Tenemos nuevo estado de la materia. Resulta que los estados sólido, líquido, gaseoso y plasma que todos estudiamos, son cosa del pasado. Ahora tenemos también los topoconductores, que son los materiales que permiten este "salto cuántico" (badabum txiss🤪) en la computación.
- Los topoconductores permiten la creación a demanda y el control de las llamadas cuasipartículas de Majorana, y estas últimas son los bloques de construcción de los qubits en la computación cuántica topológica. Se trata de unas partículas que son su propia antipartícula al mismo tiempo 🤯 Esta propiedad las hace resistentes al ruido y a la decoherencia, uno de los mayores obstáculos en la computación cuántica.
- El chip utiliza qubits topológicos protegidos por hardware, que son más rápidos, más fiables y mucho más pequeños: hasta 100 veces más pequeños que los qubits conseguidos hasta ahora.
- Estos qubits son resistentes al ruido que causa errores en los qubits convencionales, por lo que comenté antes de las partículas/antiparticulas. Esto simplifica enormemente la corrección de errores cuánticos, el mayor problema en este tipo de ordenadores.
- Al ser tan pequeños, Majorana 1 es el primer procesador cuántico (QPU) del mundo diseñado para escalar, teóricamente, a millones de qubits en un solo chip. Para que hagas una idea, las QPUs más grandes construidas hasta ahora tienen poco más del centenar de qubits. Si tienen razón, esto lo cambiará todo.
¿Por qué el nombre Majorana? Pues en honor a Ettore Majorana, un matemático italiano que teorizó la posibilidad de una partícula que es su propia antipartícula. Su vida está rodeada de misterio porque desapareció sin dejar rastro en 1938, a los 32 años, tras una carrera fugaz y deslumbrante.
¿Cómo se crea un topoconductor?
Estos topoconductores son un nuevo tipo de material creado por el I+D de Microsoft, que permite la superconductividad topológica, ese nuevo estado de la materia que antes solo existía en la teoría y del que te hablé antes.
- Están diseñados y fabricados con dispositivos que combinan arseniuro de indio (un semiconductor) y aluminio (un superconductor). Son un nuevo tipo de semiconductor que opera también como un superconductor. Todo muy "cuántico".
- Cuando se enfrían cerca del cero absoluto y se ajustan con campos magnéticos, estos dispositivos forman nanocables superconductores topológicos con Modos Cero de Majorana (MZMs) en los extremos de los nanocables.
- Los MZMs son los bloques de construcción de los qubits, almacenando información cuántica a través de la "paridad", que indica si el cable contiene un número par o impar de electrones.
- En los topoconductores, un electrón desapareado se comparte entre un par de MZMs, haciéndolo invisible al entorno y protegiendo así la información cuántica.
- En lugar de complicados controles analógicos, estos nanocables topológicos con MZMs a cada extremo (los qubits topológicos) se controlan mediante pulsos digitales sencillos. Y esto hace posible la construcción de una arquitectura fundacional para ordenadores cuánticos, un núcleo topológico, permitiendo en teoría escalar a millones de qubits en un chip pequeño (el actual tiene todavía solo 8).
Ya te advertí de que era droga dura...
Si cumplen lo prometido, en unos años podríamos tener supercomputadores cuánticos especializados, que pueden ser utilísimos aunque no vayan a formar parte de tu PC de casa en un futuro remotamente cercano.
¿Y para qué demonios sirve todo esto? ¿Cuáles son los beneficios para la sociedad?
Estos chips cuánticos basados en topoconductores y partículas de Majorana, al permitirnos crear chips cuánticos pequeños con millones de qubits y por lo tanto una potencia computacional brutal, prometen revolucionar la sociedad al permitir resolver problemas que actualmente son imposibles para las computadoras clásicas.
Si los construyen en pocos años, como prometen, abrirán un mundo de posibilidades en muchos campos, dando un empujón enorme a la innovación y al progreso científico, ya que deberían permitir cosas como:
- Descubrimiento de fármacos y simulación molecular: los ordenadores cuánticos podrían simular interacciones moleculares complejas a una escala sin precedentes, permitiendo a los investigadores descubrir nuevos fármacos y materiales de manera más eficiente. Esto podría llevar a avances en farmacéutica, medicina personalizada, ciencia de materiales, baterías que duren muchisimo...
- Inteligencia artificial y aprendizaje automático: la computación cuántica podría acelerar los algoritmos de aprendizaje automático, permitiendo un entrenamiento más rápido de los modelos y la capacidad de procesar grandes conjuntos de datos de manera más efectiva. Esto podría llevar a avances en aplicaciones de IA que ahora ni imaginamos.
- Modelado y simulación del tiempo atmosférico: los ordenadores cuánticos podrían mejorar la precisión y la velocidad de los modelos climáticos, permitiendo mejores predicciones de los impactos del cambio climático y el desarrollo de estrategias de mitigación más efectivas. Por no mencionar las mejoras que esto conllevaría para la agricultura o lo que a mí más me importa: poder saber de una vez con certeza si mañana va a llover en Vigo o no (ahora no aciertan nunca 😉).
- Criptografía y seguridad: los ordenadores cuánticos podrían romper los métodos de cifrado actuales, pero también podrían conducir al desarrollo de nuevos protocolos criptográficos resistentes a la cuántica (que en teoría ya existen, pero..). Esto mejoraría la seguridad y la privacidad de los datos en las comunicaciones, la banca y el almacenamiento de información sensible.
- Problemas de optimización: muchas industrias se enfrentan a desafíos complejos de optimización, desde la logística y la gestión de la cadena de suministro hasta la optimización de carteras financieras. La computación cuántica podría resolver estos problemas de manera exponencialmente más rápida que los ordenadores clásicos, lo que llevaría a importantes ahorros de costos y mejoras en la eficiencia.
En conclusión
Microsoft no es la única empresa en la carrera cuántica. Google e IBM están hace años ahí, con avances prometedores también. Pero este enfoque "topológico" es único y rompedor. Si logran cumplir sus promesas, podríamos estar al borde de una nueva era en la computación y de la sociedad.
En lo personal, me parece fascinante cómo la búsqueda de soluciones a problemas locos de la física cuántica nos lleva a descubrir nuevos estados de la materia o a poder manipular partículas subatómicas.
El tiempo lo dirá pero, sin duda, estamos viviendo un momento emocionante en la historia de la ciencia y la tecnología con todo esto que estamos presenciando casi a diario. Si no lo tiramos todo por el desagüe, quizá logremos ver cosas grandiosas.
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Recursos utilizados para escribir este artículo:
