Majorana 1: Qué significa el anuncio de Microsoft para el futuro de las computadoras cuánticas

En un anuncio dramático, Microsoft reveló el miércoles la creación del primer chip cuántico basado en qubits topológicos , un tipo especial de qubit basado en partículas llamadas fermiones de Majorana. La nueva Unidad de Procesamiento Cuántico, bautizada “Majorana 1” en honor al físico italiano, es un prototipo construido con el primer “topoconductor”, un superconductor especial capaz de albergar “cuasipartículas” que existen en el estado “topológico” de la materia y explotarlas para realizar operaciones cuánticas.

La ventaja de los qubits topológicos A diferencia de otros qubits más comúnmente utilizados en los ordenadores cuánticos de Google, IBM, Rigetti y muchos otros, los qubits topológicos son mucho más difíciles de realizar porque presuponen la creación de un nuevo estado de la materia: la propia Microsoft lleva intentándolo al menos veinte años.

Sin embargo, al menos en teoría, tienen una ventaja fundamental sobre los demás: son extremadamente más resistentes a la degradación de su estado cuántico –necesario para realizar cálculos– debido a su propia forma de funcionar. En comparación con otros qubits, son esencialmente mucho más “robustos” y resistentes a errores ya a nivel de hardware, eliminando así la necesidad de un enorme esfuerzo de corrección de errores a nivel de software.

Esto se debe a que el estado “topológico” se caracteriza por propiedades que, a diferencia de los estados líquido, sólido y gaseoso, no dependen de las características locales del material (como la disposición atómica), sino de propiedades globales, fijas y vinculadas a su estructura matemática.

De confirmarse, el resultado de Microsoft podría abrir el camino a la creación de nuevos chips cuánticos mucho más estables y controlables, acortando así el camino hacia los ordenadores cuánticos capaces de revolucionar la informática de un par de décadas a unos pocos años. El chip Majorana 1, según Microsoft, ya contiene 8 de estos qubits. Los expertos coinciden en que para lograr una verdadera supremacía en la computación cuántica y lograr aplicaciones comerciales válidas, se necesitan chips con al menos un millón de qubits.

La capacidad de limitar los errores a nivel físico, dice Microsoft, podría permitir que el poder de cómputo escale a estos niveles mucho más fácilmente, ya que no requiere un sistema de corrección de errores aplicado a cada qubit, típico de otros enfoques “no topológicos”.

“No se llega a un millón de qubits sin sangre, sudor y lágrimas, y sin resolver muchos desafíos técnicos muy difíciles en el camino”, dijo a MIT Technology Review Chetan Nayak, miembro técnico de Microsoft y líder del equipo que experimenta con el enfoque topológico. “No quieren restar importancia a las dificultades que encontraremos en el futuro, pero podemos decir que al menos tenemos una visión del objetivo”.

¿Cuánto marketing y cuánto ciencia? Sin embargo, como siempre en estos casos, es necesario separar el trigo de la ciencia aplicada de la paja del marketing científico. En particular, no queda claro por qué las declaraciones del CEO de Microsoft y el comunicado de prensa, que hablan claramente de un “nuevo estado de la materia”, y el contenido del artículo científico publicado en Nature al mismo tiempo que el anuncio parecen contar dos historias diferentes.

“Microsoft cuenta con un equipo científico de primer nivel que produce resultados de primer nivel”, explica a Italian.Tech el profesor Tommaso Calarco, físico cuántico y profesor de la Universidad de Bolonia. “Sin embargo, me pregunto cómo llegamos a la declaración del CEO, porque por lo que podemos leer en Nature todavía no hay certeza de que lo que se midió sea en realidad un qubit topológico. Sin embargo, de las declaraciones de Microsoft parece claro que el resultado se ha conseguido".

El quid de la cuestión es el siguiente: el anuncio de Microsoft habla de la creación del primer qubit topológico y por tanto presupone que los equipos de investigación han conseguido "sintetizar" (perdón por la simplificación) un fermión de Majorana, midiendo correctamente su existencia y estado cuántico (Majorana Zero Mode) dentro del superconductor topológico creado por Microsoft "átomo sobre átomo" utilizando arseniuro de aluminio e indio.

Lo que realmente dice el artículo de Nature El artículo publicado en Nature, sin embargo, se centra en el enfoque de la medición y aún no “prueba” la existencia de cuasipartículas en el superconductor, pero afirma haber obtenido un resultado fundamental en el sistema para verificar su existencia.

“En este artículo”, informa Nature, “demostramos la posibilidad de una medición resuelta en el tiempo, validando así un ingrediente fundamental de la computación cuántica topológica”.

“En el artículo los investigadores dicen esto: hemos tenido éxito en una operación que es fundamental para nuestros propósitos”, explica Calarco. “Este resultado científico en sí mismo es extraordinario y del más alto nivel. Sin embargo, también admiten que esta medición no confirma actualmente si el fenómeno medido está realmente relacionado con la presencia de fermiones de Majorana o si es más bien un fenómeno trivial y por lo tanto no topológico".

La verdadera prueba irrefutable se encuentra en las notas editoriales del artículo, también en Nature, donde los revisores del artículo advierten sobre la interpretación del mismo: “El equipo editorial quisiera enfatizar que los resultados de este manuscrito no constituyen evidencia de la presencia de modos cero de Majorana ( el estado cuántico relevante para obtener qubits topológicos - ed. ) en los dispositivos reportados. El trabajo se publica para la introducción de una arquitectura de dispositivo que podría permitir futuros experimentos en fusión con modos cero de Majorana”.

Los precedentes entre Microsoft y Nature La extrema cautela de Nature se debe muy probablemente a los precedentes de Microsoft y al "escándalo" que en 2021 provocó la retractación de un artículo sobre el mismo tema co-firmado por investigadores afiliados a la empresa de Redmond y a la Universidad Tecnológica de Delft. En 2018, Nature publicó un artículo en el que el equipo de investigación afirmó haber observado evidencia convincente de la presencia de modos cero de Majorana (MZM) en nanocables superconductores. Este estudio fue considerado una de las pruebas más sólidas de la existencia de MZM y fortaleció la idea de que Microsoft estaba en el camino correcto para construir una computadora cuántica topológica. Sin embargo, tres años después, uno de los investigadores involucrados descubrió discrepancias en los cálculos. Investigaciones posteriores revelaron que se habían seleccionado algunos datos para enfatizar la señal deseada, ignorando otros que ponían en duda el descubrimiento.

La respuesta de Microsoft Chetan Nayak, el jefe del grupo de investigación, respondió a la ola de escepticismo con un comentario en el blog de Scott Aaronson , un profesor e informático estadounidense conocido por su trabajo de divulgación en el campo de la computación cuántica. "Los lectores del artículo de Nature probablemente habrán notado que el artículo fue enviado para revisión el 5 de marzo de 2024 y publicado el 19 de febrero de 2025. Durante el año pasado, hemos seguido avanzando", explica Nayak, añadiendo varios detalles técnicos que confirman la medición de al menos cuatro modos cero de Majorana y, por tanto, la naturaleza topológica de los qubits de Microsoft.

Sin embargo, hay un problema fundamental: estos resultados, que claramente han inspirado las celebraciones públicas de Microsoft, aún no pueden considerarse "revisados ​​por pares" y, por lo tanto, inevitablemente deben tomarse con cautela. Como explica Aaronson, “la situación es que Microsoft afirma inequívocamente haber creado un qubit topológico y acaba de publicar un artículo relevante en Nature, pero la afirmación de haber creado un qubit topológico aún no ha sido aceptada por la revisión por pares de Nature”. Enormes inversiones

En resumen, hay grandes posibilidades de que Microsoft haya logrado realmente lo que afirma, incluida “crear un nuevo estado de la materia”. Sin embargo, falta la certeza científica de un artículo revisado por pares, algo que la empresa claramente no quería esperar antes de anunciar con gran fanfarria el nuevo descubrimiento. “Si todo se confirmase y fuese escalable como afirma Microsoft, estaríamos sin duda ante un descubrimiento sensacional que abre la puerta a nuevas aplicaciones”, concluye Calarco. “Sin embargo, si nos atenemos a lo que leemos en Nature, por ahora la montaña ha dado a luz al proverbial ratón. No olvidemos, sin embargo, que esta investigación requiere enormes inversiones que deben justificarse, incluso internamente en las grandes empresas. Es inevitable que en la comunicación de estos resultados también haya un aspecto fundamental de marketing científico”.