Imagen de un gráfico con dos picos evidentes.
Agrandar / Microsoft dice que ve dos picos claros en los extremos de un cable, con una buena separación de energía entre estos y todos los demás estados de energía.

Hasta la fecha, se han comercializado dos tecnologías primarias de computación cuántica. Un tipo de hardware, llamado transmon, implica bucles de cable superconductor conectados a un resonador; Es utilizado por empresas como Google, IBM y Rigetti. En su lugar, empresas como Quantinuum e IonQ han utilizado iones individuales contenidos en trampas de luz. Por el momento, ambas tecnologías se encuentran en un lugar delicado. Se ha demostrado claramente que funcionan, pero necesitan algunas mejoras significativas de escala y calidad antes de que puedan realizar cálculos útiles.

Puede sorprender un poco ver que Microsoft ha adoptado una tecnología alternativa llamada «qubits topológicos». Esta tecnología está lo suficientemente por detrás de otras opciones que la compañía acaba de anunciar que ha desarrollado la física para hacer un qubit. Para comprender mejor el enfoque de Microsoft, Ars habló con el ingeniero de Microsoft, Chetan Nayak, sobre el progreso y los planes de la empresa.

La base de un qubit

Microsoft está comenzando detrás de algunos competidores porque la física básica de su sistema no se ha resuelto por completo. El sistema de la compañía se basa en la producción controlada de una «partícula de majorana» cuya existencia solo se comprobó en la última década (e incluso entonces, su descubrimiento fue controvertido).

La partícula toma su nombre de Ettore Majorana, quien propuso la idea en la década de 1920. En pocas palabras, una partícula de Majorana es su propia antipartícula; dos partículas de Majorana que difieren en su espín se aniquilarían si se encontraran. Hasta ahora, ninguna de las partículas conocidas parece ser partículas de Majorana (todas menos los neutrinos definitivamente no lo son). Pero el concepto perdura debido a la perspectiva de hacer cuasipartículas de Majorana, o un conjunto de partículas y campos que se comporta como si fuera una sola partícula en ciertos contextos.

La cuasipartícula más destacada es probablemente el par de Cooper, en el que dos electrones se emparejan de tal forma que su comportamiento cambia. Los pares de Cooper son necesarios para que funcione la superconductividad.

Nayak dijo que el sistema de Microsoft involucra un cable superconductor y pares de Cooper asociados. En circunstancias normales, un electrón extra no apareado cuesta la energía total del sistema. Pero en un alambre lo suficientemente pequeño, en presencia de campos magnéticos, es posible pegar un electrón al final del alambre sin costo de energía. «En un estado topológico y un superconductor topológico, terminas con estados que pueden tomar un electrón adicional sin costo de energía», dijo Nayak a Ars.

Esto es mecánica cuántica, el electrón no se encuentra en el extremo del cable donde se inserta; En su lugar, se deslocaliza a ambos extremos. «Los dos extremos son básicamente las partes real e imaginaria de esta función de onda cuántica», dijo Nayak. Estos estados finales se denominan modos nulos de Majorana, y Microsoft ahora dice que los creó y midió sus propiedades.

De cuasipartícula a qubit

Los modos Majorana Zero por sí solos no se pueden usar como qubits. Pero Nayak dijo que es posible conectarlos a un punto cuántico cercano. (Los puntos cuánticos son partes de un material cuyo tamaño es más pequeño que la longitud de onda de un electrón en ese material). Describió un cable en forma de U con modos nulos de Majorana en cada extremo y esos extremos cerca de un punto cuántico.

«Puedes tener un túnel de electrones desde el punto cuántico hacia un modo nulo de Majorana y un túnel de electrones desde el otro modo nulo de Majorana y hacia el punto cuántico como un proceso virtual», dijo Nayak a Ars. Este intercambio altera la capacidad del punto cuántico para almacenar carga. (en otras palabras, su capacitancia), una propiedad que se puede medir. Nayak también dijo que las conexiones entre el cable y los puntos cuánticos se pueden controlar, lo que podría permitir que los modos nulos de Majorana se separen, lo que ayudaría a preservar su estado.

Microsoft aún no ha llegado al punto de conectar un punto cuántico. Pero hizo una cantidad significativa de trabajo para que el estado topológico funcionara en la línea. Los materiales que utiliza la empresa son relativamente inusuales: aluminio como cable superconductor y arseniuro de indio como semiconductor circundante. Microsoft fabrica todos los dispositivos por sí mismo.

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