Cualquiera que se haya sentado a través de una clase de ciencias de tercer grado sabe que hay tres estados principales de la materia: sólido, líquido y gas.
Microsoft ahora dice que ha creado un nuevo estado de materia en su búsqueda para hacer una máquina poderosa, llamada una computadora cuántica, que podría acelerar el desarrollo de todo, desde baterías hasta medicamentos hasta inteligencia artificial.
El miércoles, los científicos de Microsoft dijeron que habían construido lo que se conoce como un “qubit topológico” basado en esta nueva fase de existencia física, que podría aprovecharse para resolver problemas matemáticos, científicos y tecnológicos.
Con el desarrollo, Microsoft está aumentando las apuestas en lo que será el próximo gran concurso tecnológico, más allá de la carrera de hoy sobre la inteligencia artificial. Los científicos han perseguido el sueño de una computadora cuántica, una máquina que podría explotar el comportamiento extraño y extremadamente poderoso de partículas subatómicas o objetos muy fríos, desde la década de 1980.
El empuje se calentó en diciembre cuando Google dio a conocer una computadora cuántica experimental que necesitaba solo cinco minutos para completar un cálculo de que la mayoría de las supercomputadoras no podían terminar en 10 septhillones de años, más que la edad del universo conocido.
La tecnología cuántica de Microsoft podría superar los métodos en desarrollo en Google. Como parte de su investigación, la compañía construyó múltiples qubits topológicos dentro de un nuevo tipo de chip de computadora que combina las fortalezas de los semiconductores que alimentan las computadoras clásicas con los superconductores que generalmente se usan para construir una computadora cuántica.
Cuando dicho chip se enfría a temperaturas extremadamente bajas, se comporta de manera inusual y poderosa que Microsoft cree que le permitirá resolver problemas tecnológicos, matemáticos y científicos que las máquinas clásicas nunca podrían. La tecnología no es tan volátil como otras tecnologías cuánticas, dijo la compañía, lo que hace que sea más fácil explotar su poder.
Algunas cuestionan si Microsoft ha logrado este hito, y muchos académicos líderes dijeron que las computadoras cuánticas no se realizarían plenamente durante décadas. Pero los científicos de Microsoft dijeron que sus métodos les ayudarían a alcanzar la línea de meta antes.
“Vemos esto como algo que está a años de distancia, no décadas de distancia”, dijo Chetan Nayak, un becario técnico de Microsoft que dirigió el equipo que construyó la tecnología.
La tecnología de Microsoft, que se detalló en un trabajo de investigación publicado en la revista científica Nature el miércoles, agrega un nuevo impulso a una carrera que podría remodelar el panorama tecnológico. Además de acelerar el progreso en muchos campos tecnológicos y científicos, una computadora cuántica podría ser lo suficientemente poderosa como para romper el cifrado que protege los secretos nacionales.
Cualquier avance tiene implicaciones geopolíticas. Incluso cuando Estados Unidos explora la computación cuántica principalmente a través de corporaciones como Microsoft y una ola de start-upsel gobierno chino ha dicho que está invirtiendo $ 15.2 mil millones en la tecnología. La Unión Europea ha cometido $ 7.2 mil millones.
La computación cuántica, que se basa en décadas de investigación sobre un tipo de física llamada mecánica cuántica, sigue siendo una tecnología experimental. Pero después de los recientes avances de Microsoft, Google y otros, los científicos confían en que la tecnología eventualmente cumplirá con su promesa.
“La computación cuántica es una perspectiva emocionante de la física y para el mundo”, dijo Frank Wilczek, físico teórico del Instituto de Tecnología de Massachusetts.
Para comprender la computación cuántica, ayuda saber cómo funciona una computadora tradicional. Un teléfono inteligente, la computadora portátil o la PC de escritorio se basa en pequeños chips hechos de semiconductores, que son materiales que conducen electricidad en algunas situaciones, pero no en todas, en todas las situaciones. Estos chips almacenan y procesan números, agregándolos, multiplicándolos, etc. Realizan estos cálculos manipulando “bits” de información. Cada bit contiene un 1 o un 0.
Una computadora cuántica funciona de manera diferente. Una broca cuántica, o qubit, se basa en el comportamiento curioso de las partículas subatómicas o los materiales exóticos enfriados a temperaturas extremadamente bajas.
Cuando es extremadamente pequeño o extremadamente frío, un solo objeto puede comportarse como dos objetos separados al mismo tiempo. Al aprovechar ese comportamiento, los científicos pueden construir un qubit que posee una combinación de 1 y 0. Esto significa que dos qubits pueden contener cuatro valores a la vez. Y a medida que crece el número de qubits, una computadora cuántica se vuelve exponencialmente más potente.
Las empresas utilizan una variedad de técnicas para construir estas máquinas. En los Estados Unidos, la mayoría, incluida Google, construye qubits utilizando superconductores, que son materiales que llevan a cabo electricidad sin perder la energía que transmiten. Crean estos superconductores enfriando metales a temperaturas extremadamente bajas.
Microsoft ha apostado por un enfoque que pocos están adoptando: combinar semiconductores con superconductores. El principio básico, junto con el nombre Topological Qbit, fue propuesto por primera vez en 1997 por Alexei Kitaev, un físico ruso estadounidense.
La compañía comenzó a trabajar en este proyecto inusual a principios de la década de 2000, cuando muchos investigadores no creían que esa tecnología fuera posible. Es el proyecto de investigación más antiguo de Microsoft.
“Esto es algo en lo que los tres CEO de esta compañía han apostado”, dijo Satya Nadella, directora ejecutiva de Microsoft, en una entrevista. (Los CEO anteriores de la compañía fueron Bill Gates, un fundador, y Steve Ballmer, quien dirigió Microsoft a principios de la década de 2000).
La compañía ahora ha creado un solo dispositivo que es parte de arsenuro de indio (un tipo de semiconductor) y aluminio parcial (un superconductor a bajas temperaturas). Cuando se enfría a unos 400 grados bajo cero, exhibe un tipo de comportamiento de otro mundo que podría hacer posible las computadoras cuánticas.
Philip Kim, profesor de física en Harvard, dijo que la nueva creación de Microsoft fue significativa porque los qubits topológicos podrían acelerar el desarrollo de computadoras cuánticas. “Si todo funciona, la investigación de Microsoft podría ser revolucionaria”, dijo.
Pero Jason Alicea, profesor de física teórica en el Instituto de Tecnología de California, cuestionó si la compañía realmente había construido un qubit topológico, diciendo que el comportamiento de los sistemas cuánticos a menudo es difícil de probar.
“Un qubit topológico es posible en principio, y la gente está de acuerdo en que es un objetivo que vale la pena”, dijo el Dr. Alicea. “Sin embargo, debe verificar que un dispositivo se comporta de todas las formas mágicas que la teoría predice que debería; De lo contrario, la realidad puede ser menos optimista para la computación cuántica. Afortunadamente, Microsoft ahora está configurado para probar “.
Microsoft dijo que había construido solo ocho qubits topológicos, y que aún no podían realizar cálculos que cambiaran la naturaleza de la informática. Pero los investigadores de la compañía ven esto como un paso para construir algo mucho más poderoso.
Por ahora, la tecnología todavía comete demasiados errores para ser realmente útiles, aunque los científicos están desarrollando formas de reducir los errores.
El año pasado, Google demostró que a medida que aumentaba el número de qubits, podría reducir exponencialmente el número de errores a través de técnicas matemáticas complejas.
La corrección de errores será menos compleja y más eficiente si Microsoft puede perfeccionar sus qubits topológicos, dijeron muchos científicos.
Si bien un qubit puede contener múltiples valores al mismo tiempo, está cargado por un problema inherente. Cuando los investigadores intentan leer la información almacenada en un qubit, “decohere” y colapsa en un bit clásico que contiene solo un valor: un 1 o un 0.
Esto significa que si alguien intenta leer un qubit, pierde su poder básico. Entonces, los científicos necesitan superar un problema esencial: ¿cómo se construye una computadora si se rompe cada vez que la usa?
Los métodos de corrección de errores de Google son una forma de abordar este problema. Microsoft cree que puede resolver el problema más rápido porque los qubits topológicos se comportan de manera diferente y en teoría es menos probable que colapsen cuando alguien lee la información que almacena.
“Es un qubit realmente bueno”, dijo el Dr. Nayak.
