La búsqueda de ordenadores cuánticos fiables enfrenta numerosos desafíos, y uno de los más complejos está relacionado con los cúbits de Majorana. Estos bits cuánticos, que se caracterizan por estar protegidos topológicamente, ofrecen una mayor estabilidad y velocidad en comparación con otros tipos de cúbits, aunque su lectura ha resultado ser un reto considerable. Recientemente, un equipo internacional que incluye al Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), ha logrado leer de manera confiable la información almacenada en estos cúbits, un avance significativo publicado en la prestigiosa revista Nature.
El investigador del CSIC, Ramón Aguado, quien forma parte del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM) y es uno de los autores principales del estudio, destaca la importancia de este logro. “Se trata de un avance crucial”, afirma Aguado. “Nuestro trabajo es pionero porque demostramos que podemos conocer la información almacenada en los cúbits de Majorana utilizando una nueva técnica denominada capacitancia cuántica”. Esta innovadora técnica actúa como una sonda global que permite acceder al estado conjunto del sistema.
La singularidad de los cúbits de Majorana
Los cúbits de Majorana son clasificados como cúbits topológicos; esto significa que no almacenan información en un único punto, sino que la distribuyen a través de dos estados especiales conocidos como modos cero de Majorana. Esta característica les confiere un valor excepcional para la computación cuántica: son intrínsecamente robustos frente al ruido local que puede causar decoherencia. Sin embargo, esta fortaleza también plantea el desafío experimental: ¿cómo se puede leer o detectar una propiedad que no reside en un solo punto?
Para abordar este dilema, el equipo desarrolló una nanoestructura modular compuesta por pequeñas piezas, similar a un juego de Lego, llamada cadena mínima de Kitaev. Esta estructura funciona como un puente superconductor que conecta dos puntos cuánticos semiconductores. Al unirlos, la información se divide y se protege en los extremos del puente. Si ambas mitades logran mantenerse estables y almacenar información conjuntamente, se crea efectivamente un cúbit de Majorana.
Un avance sin precedentes en detección cuántica
A través del uso de la sonda Quantum Capacitance, el equipo logró discriminar en tiempo real si el estado cuántico no local formado por los dos modos de Majorana era par o impar. Esto implica detectar si el sistema está 'lleno' (1) o 'vacío' (0), lo cual es fundamental para establecer la base del cúbit. El investigador Gorm Steffensen, también del ICMM-CSIC y uno de los coautores del estudio, celebra este hallazgo: “El experimento confirma elegantemente el principio de protección; mientras las mediciones locales son ciegas a esta información, la sonda global la revela con claridad”.
Un aspecto adicional relevante del experimento es la observación de ‘saltos aleatorios de paridad’, que muestran cómo el sistema cambia entre estados llenos y vacíos debido a interferencias externas menores. Este fenómeno permitió medir una coherencia superior al milisegundo, lo cual representa un paso importante hacia operaciones coherentes con cúbits basados en modos de Majorana.
Colaboración internacional y futuro prometedor
Este estudio combina una metodología experimental innovadora desarrollada principalmente en la Delft University of Technology con aportaciones teóricas significativas del grupo ICMM-CSIC. Según Aguado, “la contribución teórica del CSIC ha sido crucial para entender este experimento tan sofisticado”. Este avance abre nuevas posibilidades para el desarrollo futuro de ordenadores cuánticos más eficientes y fiables.
Si (
No(
