Este estudio, realizado por expertos de la Universidad de Chicago, Stanford, el MIT y otras instituciones, evalúa el estado de los materiales cuánticos. Indica que, aunque existen sistemas funcionales, los verdaderos obstáculos residen en su expansión a gran escala. La colaboración entre academias, gobiernos e industrias ha acelerado los progresos, pero el camino hacia aplicaciones prácticas masivas aún es largo.
El procesador cuántico Majorana 1.
Crédito: Microsoft
Para medir los avances, los autores compararon seis plataformas cuánticas principales, como los qubits (ver más abajo) superconductores y los iones atrapados. Utilizando modelos de inteligencia artificial, asignaron niveles de madurez tecnológica a cada enfoque. Estas evaluaciones muestran que incluso los prototipos más avanzados están lejos del rendimiento necesario para, por ejemplo, simulaciones químicas a gran escala que requieren millones de qubits con un bajo error.
Uno de los coautores, William D. Oliver del MIT, explica que componentes electrónicos de los años 1970, aunque maduros para su época, eran limitados comparados con los circuitos integrados actuales. Del mismo modo, una alta madurez tecnológica hoy no significa que se hayan alcanzado los objetivos cuánticos, sino que se ha realizado una demostración modesta, requiriendo aún mejoras sustanciales.
Los principales obstáculos identificados incluyen la fabricación en serie de dispositivos de alta calidad, la gestión del cableado y las señales, así como el control de los sistemas. Estos problemas recuerdan a los encontrados por los ingenieros informáticos en los años 1960, con la "tiranía de los números". El dominio de la potencia, la temperatura y la calibración automática es esencial para escalar.
El análisis muestra la importancia de extraer lecciones de la historia de la informática. Innovaciones como la litografía o los nuevos materiales para transistores tardaron décadas en pasar del laboratorio a la industria. Para las tecnologías cuánticas, un enfoque sistémico y un conocimiento científico compartido son vitales, a la vez que se cultiva la paciencia, como lo fueron muchos avances históricos.
Así, aunque la tecnología cuántica progresa rápidamente, su pleno potencial dependerá de la resolución de obstáculos técnicos persistentes y de una visión a largo plazo. Los investigadores llaman a esfuerzos coordinados para transformar estas promesas en realidades concretas, sin precipitación.
Los qubits: las unidades fundamentales de la computación cuántica
Los qubits son los elementos básicos de los sistemas cuánticos, similares a los bits en informática clásica, pero con propiedades únicas. A diferencia de los bits que representan 0 o 1, los qubits pueden existir en una superposición de estados, permitiendo cálculos paralelos masivos. Esta característica se explota para resolver problemas arduos, como la simulación molecular o la optimización, que superan las capacidades de las computadoras tradicionales.
Se utilizan diferentes tecnologías para crear qubits, cada una con sus ventajas e inconvenientes. Por ejemplo, los qubits superconductores funcionan a temperaturas extremadamente bajas, mientras que los iones atrapados son estables pero requieren un control preciso. Los defectos de espín en los semiconductores ofrecen una integración potencial con la electrónica existente, pero su fabricación es delicada.
La elección de una plataforma depende de la aplicación prevista, como el cálculo, la comunicación o la detección. Los investigadores trabajan para mejorar la coherencia y la fidelidad de los qubits, es decir, su capacidad para mantener la información cuántica sin error. Los avances en materiales y técnicas de control son esenciales para realizar sistemas prácticos a gran escala.
Comprender estas diferencias ayuda a apreciar por qué la escalabilidad es tan difícil. Cada tipo de qubit impone restricciones específicas en términos de temperatura, ruido y conectividad, lo que explica la diversidad de enfoques explorados en la investigación cuántica.
La escala de madurez tecnológica (TRL) aplicada a lo cuántico
La escala de madurez tecnológica, o TRL, es una herramienta utilizada para evaluar el desarrollo de una innovación, desde el diseño teórico hasta la implementación operativa. Consta de nueve niveles, donde el nivel 1 corresponde a la observación de los principios básicos en laboratorio, y el nivel 9 a una tecnología probada en entorno real. En el ámbito cuántico, esta escala permite comparar objetivamente las diferentes plataformas.
La aplicación del TRL a las tecnologías cuánticas muestra que la mayoría de los sistemas aún se encuentran en los niveles intermedios, entre 4 y 6, donde existen prototipos funcionales pero requieren optimizaciones. Por ejemplo, los qubits superconductores han alcanzado un TRL alto para el cálculo, pero su rendimiento bruto sigue siendo insuficiente para aplicaciones industriales a gran escala.
Esta evaluación ayuda a identificar los pasos críticos para el escalado, como la mejora de la fabricación o la reducción de errores. También advierte contra una interpretación demasiado optimista: un TRL alto no significa que la tecnología esté lista para un despliegue masivo, sino que ha superado una etapa importante en su desarrollo.
Mirando la historia, tecnologías como los semiconductores tuvieron TRL altos en épocas donde sus capacidades eran limitadas. Esto recuerda que el camino hacia la madurez es progresivo, requiriendo iteraciones constantes e inversiones sostenidas en investigación e ingeniería.