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Los chips cuánticos representan hoy en día uno de los avances tecnológicos más prometedores en el campo de la informática. Estos dispositivos, capaces de aprovechar los principios de la mecánica cuántica, ofrecen perspectivas de cálculo que superan ampliamente las capacidades de los ordenadores clásicos. Empresas como Google, IBM y Microsoft han presentado recientemente procesadores cuánticos revolucionarios, capaces de resolver en minutos problemas que llevarían miles de millones de años a los superordenadores convencionales. Europa también está preparando su «Quantum Act» para regular y desarrollar este sector estratégico. Mientras la carrera por la supremacía cuántica se intensifica, los desafíos de producción industrial y estandarización siguen siendo cruciales para el futuro de esta tecnología transformadora.
Principios fundamentales y funcionamiento de los chips cuánticos
Los fundamentos de la computación cuántica
Los chips cuánticos aprovechan los principios de la física cuántica, una teoría que existe desde hace más de un siglo pero que solo se ha «informatizado» verdaderamente desde la década de 1990. A diferencia de los bits clásicos, que solo pueden estar en el estado 0 o 1, los qubits (bits cuánticos) pueden existir simultáneamente en varios estados gracias a los fenómenos de superposición y entrelazamiento. Esta característica permite a los ordenadores cuánticos realizar cálculos paralelos a una escala inimaginable para los ordenadores convencionales.
Los chips cuánticos suelen funcionar a temperaturas extremadamente bajas, cercanas al cero absoluto, para mantener las propiedades cuánticas de los materiales utilizados y minimizar los errores. Estas condiciones de funcionamiento representan uno de los muchos desafíos técnicos que los investigadores deben superar.
Los qubits: el corazón de los chips cuánticos
El qubit es la unidad básica de la computación cuántica. Existen diferentes enfoques para crear qubits, siendo los más comunes los qubits superconductores, los qubits topológicos y los qubits basados en puntos cuánticos (quantum dots).
La coherencia cuántica —el tiempo durante el cual un qubit puede mantener su estado— es un parámetro crucial. Cuanto mayor sea esta duración, más complejos serán los cálculos posibles. Google, por ejemplo, ha logrado mejorar el tiempo de coherencia cuántica de su procesador Willow, alcanzando los 100 microsegundos, cinco veces más que su predecesor.
Innovaciones recientes y actores principales
Google y el chip Willow
En 2023, Google Quantum AI presentó Willow, un nuevo procesador cuántico con un rendimiento excepcional. Este procesador de 105 qubits superconductores es capaz de resolver en cinco minutos problemas que, según Google, llevarían «10 septillones de años» (es decir, 10^25 años) a los superordenadores clásicos más potentes.
Una de las características más destacadas de Willow es que sus qubits lógicos operan por debajo del umbral de corrección de errores cuánticos, un objetivo clave alcanzado por primera vez en este campo. Su diseño hardware, que incluye qubits ajustables y una alta conectividad, le permite alcanzar una baja probabilidad de errores y un alto rendimiento.
IBM y el procesador Condor
IBM presentó en diciembre de 2023 su procesador cuántico Condor, que representa un avance significativo con sus 1121 qubits. Al igual que otros procesadores cuánticos de esta generación, Condor utiliza qubits superconductores que funcionan a temperaturas cercanas al cero absoluto.
Para gestionar el aumento del número de qubits, IBM ha implementado una arquitectura innovadora que distribuye el cableado de control en varios niveles físicos dentro del procesador, manteniendo los qubits en una sola capa. Este enfoque reduce la complejidad y mejora la escalabilidad del sistema.
Microsoft y Majorana 1
En febrero de 2025, Microsoft presentó Majorana 1, un procesador cuántico revolucionario basado en qubits topológicos. Esta innovación podría acelerar considerablemente el desarrollo de los ordenadores cuánticos, reduciendo de varias décadas a unos pocos años el tiempo necesario para resolver problemas complejos.
El procesador Majorana 1 utiliza materiales llamados «topoconductores», que combinan arseniuro de indio y aluminio. Refrigerados cerca del cero absoluto, estos materiales alcanzan un nuevo estado de la materia, diferente de los estados sólido, líquido o gaseoso tradicionales. El equipo de Microsoft ha logrado crear ocho qubits topológicos en un espacio de una centésima de milímetro, ofreciendo un enfoque radicalmente nuevo para el cálculo cuántico.
Lo que distingue especialmente a esta tecnología es que el núcleo topológico de estos qubits integra una resistencia a los errores directamente en su diseño hardware, y el control digital de estos qubits representa un avance significativo en la manipulación de la información cuántica.
Desafíos de la industrialización y estrategias de producción
La fabricación en masa: un desafío considerable
Uno de los principales obstáculos para el desarrollo de los ordenadores cuánticos a gran escala es la dificultad de producir chips cuánticos en masa. La mayoría de estos chips se fabrican actualmente con métodos personalizados poco repetibles, lejos de los estándares de la industria de los semiconductores.
Para superar este desafío, un equipo de investigación del CEA-Leti y del CNRS en Francia se ha propuesto fabricar qubits «con componentes y procesos disponibles en el mercado». Aunque hasta ahora solo han creado una unidad, su trabajo constituye una «demostración de viabilidad» importante para el futuro de la producción industrial.
El enfoque de Quantum Motion
Quantum Motion, una start-up británica dirigida por académicos de la UCL y la Universidad de Oxford, ha adoptado un enfoque diferente. En octubre de 2022, la empresa presentó su chip Bloomsbury, un dispositivo de 3×3 mm² creado por una fundición líder utilizando los mismos procesos de producción en masa que para los chips electrónicos estándar.
Este chip contiene miles de puntos cuánticos en los que se pueden cargar electrones individuales uno por uno para servir como qubits. El equipo ha demostrado cómo 1024 puntos cuánticos que ocupan un área inferior a 0,1 mm² pueden medirse en solo 12 minutos, un récord en términos de caracterización masiva de tales dispositivos.
Estos avances sugieren la posibilidad de producir chips cuánticos a gran escala utilizando las infraestructuras de fabricación de semiconductores existentes, lo que podría acelerar considerablemente el desarrollo y la comercialización de la computación cuántica.
Aplicaciones y sectores de impacto
Generadores de números aleatorios cuánticos
Una aplicación ya comercializada de los chips cuánticos es la generación de números aleatorios. ID Quantique ofrece chips QRNG (Quantum Random Number Generator) que proporcionan «la mayor seguridad y robustez alcanzables para la generación de bits aleatorios». Estos chips son ideales para aplicaciones automotrices, informáticas, de infraestructura crítica, IoT, móviles, espaciales y de seguridad, donde el tamaño compacto y la resistencia a las perturbaciones ambientales son esenciales.
A diferencia de los generadores de números aleatorios clásicos, los QRNG son intrínsecamente aleatorios, lo que los hace especialmente adecuados para generar claves de cifrado altamente seguras, tanto hoy como en la era de la computación cuántica.
Perspectivas de aplicaciones futuras
Google, IBM y Microsoft están trabajando activamente en aplicaciones comerciales para sus procesadores cuánticos. Estas aplicaciones podrían revolucionar sectores como la farmacia, el diseño de baterías y el desarrollo de la energía de fusión.
La simulación de sistemas donde los efectos cuánticos son importantes es una de las primeras aplicaciones prácticas previstas. A largo plazo, los ordenadores cuánticos también podrían tener un impacto significativo en la criptografía, potencialmente rompiendo algunos tipos de cifrado utilizados actualmente para proteger datos sensibles.
Desafíos estratégicos e iniciativas políticas
Europa y el «Quantum Act»
Reconociendo la importancia estratégica de las tecnologías cuánticas, la Unión Europea está preparando un plan ambicioso para los chips cuánticos, denominado «EU Quantum Chips Plan», que se presentará antes del verano de 2025. Este plan irá seguido de una regulación cuántica, el «Quantum Act», propuesta antes de finales de año.
Henna Virkkunen, vicepresidenta ejecutiva de la Comisión Europea responsable de la soberanía tecnológica, destaca que «lo cuántico tiene una importancia estratégica para la soberanía, la competitividad y las capacidades de defensa de la Unión Europea». El objetivo de Bruselas es unificar el sector cuántico en Europa, siguiendo el modelo del fondo europeo InvestAI en inteligencia artificial.
La carrera mundial por la supremacía cuántica
La competencia en el campo de los chips cuánticos se intensifica a nivel mundial. Intel, por ejemplo, ya ha logrado entrelazar 4 qubits, pero con un enfoque diferente al adoptado por el equipo francés mencionado anteriormente. Mientras Intel ha optado por una aleación de silicio-germanio, menos compatible con los procesos industriales, el equipo francés afirma tener un mejor control de la calidad de los materiales y del posicionamiento de los electrones atrapados.
Esta carrera por la innovación y la supremacía cuántica involucra no solo a empresas tecnológicas, sino también a instituciones de investigación y gobiernos, subrayando la importancia estratégica de esta tecnología para el futuro.
Conclusión
Los chips cuánticos representan una de las fronteras tecnológicas más prometedoras y competitivas de nuestra época. Los recientes avances de Google, IBM y Microsoft demuestran que estamos entrando en una nueva era en la que cálculos antes considerados imposibles se vuelven realizables en cuestión de minutos.
A pesar de estos impresionantes progresos, persisten importantes desafíos, especialmente en lo que respecta a la producción en masa, la estabilidad de los qubits y la corrección de errores. Resolver estos problemas requerirá una colaboración continua entre investigadores, empresas y gobiernos.
A medida que la tecnología madura, podemos esperar ver emerger nuevas aplicaciones que transformarán sectores enteros de la economía y la sociedad. Al mismo tiempo, las implicaciones geopolíticas del dominio de la computación cuántica seguirán moldeando las estrategias nacionales e internacionales en materia de innovación y seguridad.
El futuro de los chips cuánticos se presenta emocionante, con avances rápidos que podrían redefinir nuestra comprensión de lo que es calculable y realizable en el mundo digital.
