El CSIC participa en el hito que acerca el ordenador cuántico fiable: ya se puede leer un cúbit de Majorana
La computación cuántica ha dado un paso decisivo. Un equipo internacional con participación del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha conseguido leer por primera vez de manera fiable la información almacenada en un cúbit de Majorana, uno de los sistemas cuánticos más prometedores y, al mismo tiempo, más difíciles de estudiar.
El avance, publicado en la revista Nature, supone un hito en la carrera por desarrollar ordenadores cuánticos más estables, rápidos y menos propensos a errores. La investigación se enmarca en una colaboración europea financiada, entre otros, por el proyecto QuKIt, respaldado por una ayuda Pathfinder del Consejo Europeo de Innovación.
Qué son los cúbits de Majorana y por qué son tan especiales
Los cúbits de Majorana pertenecen a la familia de los cúbits topológicos, es decir, unidades donde se almacena información cuántica de forma distribuida y protegida. A diferencia de otros sistemas, no guardan la información en un punto concreto, sino en un par de estados especiales conocidos como modos cero de Majorana.
Esta arquitectura los hace intrínsecamente robustos frente al ruido local, responsable de la decoherencia cuántica, uno de los grandes problemas de la computación cuántica actual. Para que la información se corrompa, el fallo tendría que afectar al sistema de manera global, lo que en teoría los convierte en candidatos ideales para construir ordenadores cuánticos fiables.
Sin embargo, esa misma virtud se había convertido en su principal obstáculo experimental: si la información no reside en un punto concreto, ¿cómo se puede leer?
Una técnica pionera para leer el cúbit
“Se trata de un avance crucial”, explica Ramón Aguado, investigador del CSIC en el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM) y autor senior del estudio. El equipo ha demostrado que es posible conocer la información almacenada en los cúbits de Majorana mediante una técnica denominada capacitancia cuántica (quantum capacitance).
Esta técnica actúa como una sonda global sensible al estado conjunto del sistema, permitiendo detectar una propiedad que no se encuentra localizada en ningún punto específico del dispositivo.
El logro ha sido posible gracias a la construcción de una nanoestructura modular conocida como cadena mínima de Kitaev. Se trata de una arquitectura creada pieza a pieza —como si se tratara de bloques de construcción— que funciona como un puente superconductor entre dos puntos cuánticos semiconductores. Al conectarlos, la información se divide y queda protegida en los extremos del puente.
A diferencia de experimentos anteriores, en los que se trabajaba de forma menos controlada con combinaciones de materiales, el equipo desarrolló la estructura desde cero, generando los modos de Majorana de forma controlada y siguiendo una estrategia bottom-up. Este enfoque constituye uno de los pilares del proyecto QuKIt.
Detectar el estado cuántico en tiempo real
Una vez construida la cadena mínima de Kitaev y aplicada la sonda de capacitancia cuántica, los investigadores lograron discriminar en tiempo real y en una única medición si el estado cuántico no local formado por los dos modos de Majorana era par o impar.
En términos prácticos, esto equivale a detectar si el sistema está “lleno” (1) o “vacío” (0), es decir, la base misma del cúbit.
“El experimento confirma de forma elegante el principio de protección: mientras las mediciones locales de carga son ciegas a esta información, la sonda global la revela con claridad”, destaca Gorm Steffensen, también investigador del ICMM-CSIC y uno de los primeros autores del trabajo.
Coherencia superior al milisegundo: un paso hacia operaciones reales
Otro de los avances clave fue la observación de los llamados “saltos aleatorios de paridad”, que muestran cómo el sistema cambia de estado debido a pequeñas interferencias externas. Este fenómeno permitió medir una coherencia de paridad superior al milisegundo, es decir, el tiempo durante el cual el sistema mantiene su estado estable.
Alcanzar este umbral sitúa a los cúbits de Majorana en la antesala inmediata de la primera operación coherente real basada en estos modos, un requisito imprescindible para que puedan integrarse en futuros procesadores cuánticos.
El estudio combina una innovadora metodología experimental desarrollada principalmente en la Universidad Tecnológica de Delft con la aportación teórica del grupo del ICMM-CSIC, considerada crucial para interpretar un experimento de gran complejidad.
Un paso más cerca del ordenador cuántico fiable
Este avance no solo resuelve una de las grandes incógnitas experimentales en torno a los cúbits topológicos, sino que refuerza su posición como una de las plataformas más prometedoras para la próxima generación de ordenadores cuánticos.
La posibilidad de leer de forma fiable la información almacenada en un cúbit de Majorana acerca la computación cuántica estable a un escenario más tangible y abre nuevas líneas de investigación para mejorar la escalabilidad y el control de estos sistemas.
Fuente: CSIC
