Después de Willow de Google, viene Majorana 1 de Microsoft, prometiendo una computación cuántica más fantástica por delante. ¿Pero la realidad está a la altura de la bomba? Satyen K. Bordoloi investiga.
Hasta ahora, solo podríamos decir eso sobre la IA, pero desde el año pasado, incluso la computación cuántica se ha movido a un ritmo que es difícil para cualquiera que se mantenga al día. El anuncio de Google sobre su chip de sauce fue apenas hace unos meses, y se acerca los talones Microsoft con Majorana 1prometiendo características aún más fantásticas. Si bien la industria tecnológica está naturalmente entusiasmada con este nuevo chip, tanto para que Satya Nadella permita a las personas tocar y sentir su compacidad, es importante abordarlo críticamente, tal como lo hicimos con el anuncio de Google.
Microsoft afirma que lo que hace que su chip sea un avance es el uso de un estado completamente nuevo para la arquitectura de su chip cuántico. En lugar de usar electrones, como lo hacen los chips de Google, Intel, IBM y otros, Majorana 1 de Microsoft usa algo llamado partículas de Majorana.
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El nacimiento de Majorana 1: El chip Majorana 1 lleva el nombre de Majorana Fermion, una escurridiza cuasipartícula teorizada por Ettore Majorana en 1937. Es esta partícula la que distingue el chip de lo que Google o IBM han logrado. Al usar los fermiones de Majorana, el ChIP emplea qubits topológicos en lugar de los qubits superconductores o de iones atrapados comúnmente utilizados por competidores como Google e IBM. Este es un enfoque único, el primer topoconductor del mundo, que Microsoft promete abordará problemas que actualmente son demasiado complejos para las computadoras clásicas de hoy y «realizan computadoras cuánticas capaces de resolver problemas significativos de escala industrial en años, no décadas».
¿Qué es un qubit topológico?: En el corazón de Majorana 1 está el concepto de qubits topológicos. A diferencia de los qubits convencionales utilizados por sus competidores, que son notoriamente frágiles y propensos a la interferencia ambiental, los qubits topológicos codifican información en la ‘forma’ del sistema, haciéndolos resistentes a las perturbaciones. Imagina torcer una cuerda; Los nudos codifican información resistente a pequeños cambios. Esta protección promete un sistema de computación cuántica mucho más tolerante a fallas, reduciendo la necesidad de una corrección de errores complejos, que ha sido la ruina de la computación cuántica hasta ahora.
El topoconductor logra esto, creado mediante la combinación cuidadosamente de arsenuro de indio y aluminio, exigiendo precisión a nivel atómico durante la fabricación para evitar interrumpir estados cuánticos delicados. El estado topológico se logra enfriando el topoconductor a casi cero absoluto. A estas temperaturas criogénicas, las transiciones de aluminio a un estado superconductor, lo que permite que los electrones fluyan sin resistencia.
El chip Majorana 1: En videos lanzados desde el anuncio de Majorana 1, se ve a Satya Nadella sosteniendo el chip, que es del tamaño de una palma humana. En el mundo de la computación cuántica, esto es notablemente pequeño, considerando que los sistemas cuánticos tradicionales requieren vastas e intrincadas infraestructuras para albergar muchos menos qubits. Este diseño compacto es posible integrando la corrección de errores directamente en el chip mediante el uso de qubits topológicos. Al combinar la escalabilidad con la confiabilidad, el chip Majorana 1 parece estar estableciendo un nuevo punto de referencia para el hardware de computación cuántica.
QUBITS superconductores: Los jugadores establecidos: la máquina de 1.125 qubits por el átomo de la compañía y el chip de cóndor de 1,121 quits de IBM, son el estado actual de la tecnología de qubit superconductor. Tanto IBM como Google han hecho avances significativos en la computación cuántica, con IBM centrándose en los qubits superconductores y Google en los qubits superconductoros y fotónicos. Si bien algunos de estos sistemas cuentan con recuentos de qubit más altos, enfrentan desafíos significativos en las tasas de error y la escalabilidad. Willow de Google, lanzado en diciembre de 2024, tiene 105 qubits pero alcanzó la corrección de errores cuánticos por debajo del umbral.
El procesador Majorana 1 de Microsoft, por otro lado, promete un enfoque diferente. Al usar qubits topológicos, Majorana 1 tiene como objetivo reducir significativamente las tasas de error. El uso de modos cero de Majorana (MZMS) en un superconductor topológico permite que los qubits que son inherentemente más estables y resistentes a la interferencia ambiental, logrando tasas de error intrínseco por debajo del 0.1% debido a su protección topológica. Esto podría reducir la sobrecarga para la corrección de errores por órdenes de magnitud en comparación con los sistemas superconductores. Esta estabilidad significa que la necesidad de mecanismos de corrección de errores complejos se reduce, lo que hace que el sistema sea más confiable y escalable.
El panorama de la computación cuántica: El campo de la computación cuántica ya está produciendo diversos enfoques. Además de Google, IBM y Microsoft, las empresas como Xanadu (con sus qubits fotónicos) e IonQ (con iones atrapados) buscan estrategias únicas para la computación cuántica. Cada enfoque tiene sus fortalezas y debilidades, y aunque no todos sobrevivirán, la competencia próspera actual es un buen augurio para el futuro de la computación cuántica.
Escepticismo y realismo: Si bien las afirmaciones de Microsoft son prometedoras, siempre debemos tomar comunicados de prensa de la compañía con un grano de sal, como lo hicimos con Willow de Google. Tomar, por ejemplo, la revisión de pares Papel natural que lanzaron junto con el chip. El problema aquí es que solo muestra parte de lo que los investigadores han reclamado, y la hoja de ruta aún incluye muchos obstáculos para superar. Si bien el comunicado de prensa de Microsoft muestra lo que se supone que es un hardware de computación cuántica, aún no tenemos ninguna confirmación independiente de sus capacidades.
Por ejemplo, el artículo publicado en Nature demuestra una medición interferométrica de un solo disparo de la paridad de fermión en dispositivos híbridos INAS-AL, que es un paso crucial hacia el cálculo cuántico topológico. Sin embargo, aún no demuestra las capacidades completas de un procesador cuántico. La hoja de ruta describe un camino hacia el cálculo cuántico tolerante a fallas, pero sigue siendo un marco teórico que debe validar experimentalmente.
Mientras que la hoja de ruta de Microsoft proyecta una ruta a 1 millón de qubits por chip, quedan obstáculos significativos para mejorar las tasas de rendimiento de topoconductores y los sistemas de control criogénico.
Capacidades actuales y potencial futuro: Majorana 1 todavía está en la fase de investigación. La primera generación de dispositivos se centra en las operaciones de un solo qubit y la evaluación comparativa de qubit basada en la medición. La hoja de ruta describe una ruta a dispositivos más complejos, incluidas las operaciones de dos quits y la detección de errores cuánticos, pero todavía no se han realizado plenamente.
Lo que podría darle a Microsoft una ventaja en la computación cuántica es el potencial de que Majorana 1 escala hasta un millón de qubits en un solo chip. Esto sigue siendo teórico, pero si se logra, representaría un salto significativo hacia adelante para la computación cuántica. Esta escalabilidad, combinada con la estabilidad inherente de los qubits topológicos, podría permitir aplicaciones prácticas de computación cuántica en casi todos los campos, desde la inteligencia artificial y el descubrimiento de fármacos hasta la ciencia de los materiales.
La línea de tiempo para la disponibilidad comercial es incierta, pero Microsoft ha declarado que espera «realizar computadoras cuánticas capaces de resolver problemas significativos de escala industrial en años, no décadas».
La exageración alrededor de Majorana 1 está justificada por su uso innovador de qubits topológicos y el potencial de computación cuántica escalable y resistente a los errores. Sin embargo, es importante mantener una perspectiva realista, considerando el estado actual de la tecnología y los desafíos que quedan. El verdadero impacto de Majorana 1 se volverá más claro a medida que se realicen una investigación y validación más independientes.
Sin embargo, lo que está claro es que la carrera por la computación cuántica ha acelerado. Ya sea que sea superconductor, qubits fotónicos o topológicos, ahora es inevitable que uno de estos, o tal vez cada uno, desbloqueará el verdadero potencial de la computación cuántica, transformándolo de una curiosidad de laboratorio en una potencia industrial que reestructure nuestro paisaje tecnológico.
