Paso clave hacia el ordenador cuántico topológico

Con sus propiedades superiores, los qubits topológicos podrían ayudar a lograr un gran avance en el desarrollo de un ordenador cuántico universal, es decir para realizar todo tipo de operaciones, sin necesidad de estar especializado en ellas. Hasta ahora, nadie ha conseguido demostrar de forma inequívoca la funcionalidad plena de un bit cuántico, o qubit para abreviar, de este tipo en un laboratorio. Sin embargo, unos científicos han avanzado de manera significativa hacia esa meta.

Por vez primera, el equipo de Peter Schüffelgen, del Centro de Investigación de Jülich en Alemania, ha conseguido integrar un aislante topológico en un qubit superconductor convencional.

A las computadoras cuánticas se las considera los ordenadores del futuro. Utilizando los efectos cuánticos, prometen ofrecer soluciones a problemas muy complejos que no pueden ser procesados por los ordenadores convencionales o, al menos, no en un plazo de tiempo razonable, incluso aunque se trate de las supercomputadoras más potentes del planeta.

Sin embargo, el uso generalizado de las computadoras cuánticas está todavía muy lejos. Los ordenadores cuánticos actuales suelen contener solo una ínfima cantidad de qubits. El principal problema es que los qubits empleados son muy propensos al error. Cuanto más grande es el sistema, más difícil es aislarlo completamente de su entorno.

Debido a ello, hay muchas esperanzas puestas en un nuevo tipo de bit cuántico: el qubit topológico. Varios grupos académicos de investigación y empresas como Microsoft están trabajando en el desarrollo de este nuevo tipo de bit cuántico. El qubit topológico presenta la particularidad de estar protegido topológicamente. Su peculiar estructura geométrica así como otras de sus propiedades especiales garantizan la conservación de la información cuántica. Por ello, a los qubits topológicos se les considera especialmente robustos y en gran medida inmunes a las fuentes externas de decoherencia. También parecen permitir tiempos de conmutación rápidos, comparables a los logrados por los qubits superconductores convencionales utilizados por Google e IBM en los actuales procesadores cuánticos.

Peter Schüffelgen (izquierda) y Tobias Schmitt en una sección de su laboratorio donde diversos componentes del nuevo qubit híbrido fueron fabricados. (Foto: Forschungszentrum Jülich / Sascha Kreklau)

Conviene matizar que aún no está claro si alguna vez se logrará producir qubits topológicos. Esto se debe a que todavía no existe una base material adecuada para generar experimentalmente y de manera inequívoca las cuasipartículas especiales necesarias para ello. Estas cuasipartículas también se conocen como estados de Majorana. Hasta ahora, solo podían demostrarse sin ambigüedad en la teoría, pero no en los experimentos.

Los qubits híbridos, como los que han sido construidos por vez primera por Schüffelgen y sus colegas, abren ahora nuevas posibilidades en este campo. Gracias a que ya contienen materiales topológicos en puntos cruciales y poseen las cualidades decisivas, este nuevo tipo de qubit híbrido proporciona a los investigadores una innovadora plataforma experimental para probar el comportamiento de los materiales topológicos en circuitos cuánticos de alta sensibilidad.

El equipo de Schüffelgen expone los detalles técnicos de su innovación en la revista académica Nano Letters, bajo el título “Integration of Topological Insulator Josephson Junctions in Superconducting Qubit Circuits”. (Fuente: NCYT de Amazings)