Dr. José Manuel Nieto Jalil / Director del Departamento Regional de Ciencias en la Región Centro-Occidente. Tecnológico de Monterrey
Durante gran parte del siglo XX, la humanidad experimentó una revolución tecnológica impulsada por una idea aparentemente sencilla: representar información mediante unos y ceros. Desde las primeras computadoras construidas con válvulas electrónicas hasta los modernos teléfonos inteligentes, toda la informática contemporánea descansa sobre el mismo principio fundamental: el bit. Un bit puede adoptar únicamente dos estados posibles, 0 o 1, y la combinación de miles de millones de estos elementos permite realizar cálculos extraordinariamente complejos.
La potencia de esta tecnología ha sido tan impresionante que durante décadas pareció no existir límite para su crecimiento. La denominada Ley de Moore, formulada en 1965 por Gordon Moore, predijo que el número de transistores integrados en un circuito se duplicaría aproximadamente cada dos años. Durante más de medio siglo esta tendencia se mantuvo sorprendentemente vigente, permitiendo que las computadoras fueran cada vez más rápidas, pequeñas y económicas.
Sin embargo, conforme los transistores comenzaron a acercarse a dimensiones atómicas, los ingenieros se encontraron con un problema inesperado. A escalas extremadamente pequeñas, la materia deja de comportarse de acuerdo con las reglas intuitivas de la física clásica y comienza a obedecer las leyes de la mecánica cuántica. Los electrones pueden atravesar barreras aparentemente infranqueables mediante un fenómeno conocido como efecto túnel, y los sistemas físicos adquieren comportamientos probabilísticos difíciles de controlar mediante la ingeniería convencional.
Lo que inicialmente parecía una limitación tecnológica terminó convirtiéndose en una oportunidad científica extraordinaria. Si los dispositivos electrónicos estaban alcanzando una escala donde la mecánica cuántica era inevitable, ¿por qué no aprovechar directamente esas propiedades cuánticas para realizar cálculos? Esta pregunta marcó el nacimiento de una nueva disciplina que hoy conocemos como computación cuántica.
Aunque varias ideas precursoras aparecieron durante las décadas de 1970 y 1980, uno de los momentos fundacionales ocurrió en 1981, cuando el físico estadounidense Richard Feynman planteó un desafío que cambiaría el rumbo de la informática moderna. Feynman observó que la simulación de sistemas cuánticos complejos resultaba extraordinariamente difícil para las computadoras convencionales. Incluso las supercomputadoras más poderosas debían invertir enormes recursos para modelar sistemas relativamente pequeños. Su propuesta fue revolucionaria: construir computadoras que también fueran cuánticas.
La razón de esta dificultad es profunda. Mientras un bit clásico solamente puede encontrarse en uno de dos estados posibles, un cúbit, la unidad fundamental de información cuántica puede existir en una superposición de ambos estados simultáneamente. Esto significa que un sistema compuesto por varios cúbits puede representar una cantidad gigantesca de configuraciones al mismo tiempo. A medida que aumenta el número de cúbits, el espacio de estados crece exponencialmente, alcanzando dimensiones imposibles de almacenar o procesar mediante métodos clásicos.
Durante los años noventa, el interés por esta idea se aceleró gracias a dos descubrimientos fundamentales. El primero fue el algoritmo desarrollado por Peter Shor en 1994, que demostró teóricamente que una computadora cuántica suficientemente grande podría factorizar números enormes mucho más rápido que cualquier algoritmo clásico conocido. El segundo fue el algoritmo de búsqueda propuesto por Lov Grover en 1996, que mostró ventajas cuánticas en problemas de exploración de bases de datos. Estos resultados transformaron la computación cuántica de una curiosidad académica en un objetivo tecnológico concreto.
A partir de entonces comenzó una carrera global en la que universidades, centros de investigación y empresas tecnológicas intentaron construir máquinas capaces de manipular cúbits de manera estable. Sin embargo, pronto apareció un obstáculo formidable: los estados cuánticos son extremadamente frágiles. Cualquier interacción con el entorno puede destruir la información almacenada en ellos mediante un fenómeno denominado decoherencia. Mantener un sistema cuántico aislado y controlado se convirtió en uno de los mayores desafíos de la física experimental moderna.
Durante las últimas dos décadas han surgido diversas tecnologías para implementar cúbits. Algunas empresas, como IBM y Google Quantum AI, han apostado por circuitos superconductores enfriados a temperaturas cercanas al cero absoluto. Otros grupos han explorado fotones, átomos neutros, defectos en diamante y diferentes sistemas híbridos. Entre todas estas aproximaciones destaca una especialmente elegante: la utilización de iones atrapados.
Los ordenadores cuánticos de iones atrapados utilizan átomos cargados eléctricamente suspendidos mediante campos electromagnéticos y manipulados con pulsos láser extremadamente precisos. Cada ion actúa como un cúbit y puede ser controlado con una exactitud extraordinaria. Durante años, numerosos especialistas consideraron esta tecnología como una de las más prometedoras debido a sus bajas tasas de error. No obstante, existía una limitación importante: aumentar significativamente el número de cúbits sin perder estabilidad resultaba extremadamente difícil.
Helios, un nuevo procesador cuántico desarrollado por la empresa Quantinuum junto con un equipo internacional de aproximadamente 190 investigadores. Los resultados,
publicados recientemente en la prestigiosa revista Nature, representan uno de los avances más relevantes de los últimos años en computación cuántica.
Helios alcanza una cifra simbólicamente importante: 98 cúbits físicos basados en iones atrapados. Aunque existen sistemas cuánticos de mayor tamaño utilizando otras tecnologías, ningún ordenador de iones atrapados había alcanzado hasta ahora una escala comparable. Más importante aún, el sistema mantiene una precisión excepcional durante las operaciones cuánticas, alcanzando fidelidades cercanas al 99.92 % en puertas lógicas de dos cúbits.
Para comprender la relevancia de este resultado conviene recordar que un ordenador cuántico no se evalúa únicamente por el número de cúbits que posee. Un sistema con muchos cúbits pero altas tasas de error puede resultar prácticamente inútil. Por ello, la comunidad científica suele considerar simultáneamente dos parámetros fundamentales: escala y precisión. Helios destaca precisamente porque logra avances significativos en ambos aspectos.
Uno de los elementos más innovadores de esta arquitectura es que los iones no permanecen inmóviles. Mediante técnicas avanzadas de control electromagnético, los investigadores pueden desplazar físicamente los cúbits dentro del sistema. Esto permite que cualquier cúbit interactúe directamente con cualquier otro, una capacidad extraordinariamente valiosa para la ejecución de algoritmos complejos.
En las arquitecturas superconductoras convencionales, los cúbits suelen encontrarse fijos en posiciones específicas del chip. Como consecuencia, las interacciones directas solo pueden realizarse entre vecinos cercanos, obligando a introducir operaciones adicionales para conectar elementos alejados. Cada una de esas operaciones incrementa la probabilidad de error. Helios reduce significativamente este problema gracias a su arquitectura dinámica.
Los investigadores también reportan que el sistema opera en una región donde la simulación exacta mediante ordenadores clásicos se vuelve extraordinariamente difícil. Este punto resulta especialmente importante porque uno de los objetivos históricos de la computación cuántica consiste precisamente en alcanzar regímenes inaccesibles para la computación convencional.
Sin embargo, sería un error interpretar estos resultados como el nacimiento inmediato de una nueva era tecnológica. A pesar de su impresionante rendimiento, Helios continúa siendo un prototipo de investigación. Todavía está lejos de resolver de manera rutinaria problemas industriales, farmacéuticos o financieros que transformen nuestra vida cotidiana. Los desafíos pendientes son enormes. Los expertos coinciden en que serán necesarios miles o incluso millones de cúbits corregidos de errores para abordar aplicaciones verdaderamente disruptivas.
NOTA: El autor es director del Departamento Regional de Ciencias en la Región Centro-Occidente. Tecnológico de Monterrey
…
