Un ordenador cuántico y una guitarra parecen tener muy poco en común. Uno representa una de las grandes apuestas tecnológicas del siglo XXI; la otra produce sonidos mediante la vibración de unas cuerdas. Sin embargo, un equipo de investigadores suizos acaba de demostrar que ambos pueden compartir un principio físico sorprendentemente útil: almacenar información aprovechando diferentes formas de vibración.
El experimento se desarrolló en la Escuela Politécnica Federal de Zúrich (ETH Zurich), donde la física Yiwen Chu y sus colaboradores construyeron un chip capaz de utilizar diminutos resonadores mecánicos como memoria cuántica. Estas estructuras vibran a frecuencias muy superiores a las que puede detectar el oído humano y permiten conservar información mientras el procesador realiza cálculos.
Lo verdaderamente importante es que el sistema no se limitó a almacenar datos: consiguió ejecutar operaciones cuánticas avanzadas, demostrando que esta arquitectura puede funcionar como base de un ordenador cuántico programable. La investigación, publicada en la revista Science, propone una alternativa para superar dos de los grandes obstáculos de esta tecnología: el tamaño de sus componentes y la fragilidad de la información que procesan.
Un chip más pequeño que una uña que guarda información en forma de vibraciones
Los ordenadores convencionales separan habitualmente el procesamiento de datos y su almacenamiento temporal. La CPU ejecuta instrucciones mientras la memoria RAM conserva la información necesaria para realizar las operaciones. Esta organización permite utilizar los recursos del sistema de manera eficiente.
Los investigadores de ETH Zurich trasladaron una idea semejante al mundo cuántico. En su dispositivo, un cúbit superconductor funciona como unidad de procesamiento y control, mientras que una memoria independiente almacena temporalmente la información.
La diferencia fundamental es que, en lugar de utilizar exclusivamente campos electromagnéticos, el equipo recurrió a resonadores mecánicos microscópicos. Estas estructuras pueden vibrar de distintas maneras, conocidas como modos vibracionales. Cada modo proporciona una posibilidad adicional para almacenar información cuántica.
El dispositivo mide apenas 7,5 milímetros de largo, 2,5 de ancho y uno de alto. A pesar de su tamaño, permite combinar procesamiento y memoria dentro de una arquitectura que podría ser más compacta que otras alternativas experimentales. Según explica la ETH Zurich en su comunicado oficial, el cúbit puede acceder a la información almacenada en una vibración, modificar su estado y volver a escribirla en la memoria.
La clave está en que las vibraciones pueden almacenar más información durante más tiempo
Uno de los problemas fundamentales de la computación cuántica es que sus unidades de información son extraordinariamente sensibles al entorno. Pequeñas perturbaciones pueden alterar los estados cuánticos y provocar errores antes de que termine una operación. Para evitarlo, los investigadores necesitan memorias capaces de preservar esos estados y procesadores que puedan interactuar con ellas sin destruir la información.
Los resonadores mecánicos ofrecen ventajas potenciales frente a determinados sistemas de memoria electromagnética. Son considerablemente más pequeños, admiten diferentes modos de vibración y pueden conservar estados cuánticos durante períodos más prolongados. Esto no significa que funcionen como la memoria de un ordenador tradicional. En el chip suizo, las vibraciones obedecen las leyes de la mecánica cuántica, por lo que pueden encontrarse en superposición y participar en estados entrelazados.
El estudio publicado en Science demuestra que estas propiedades pueden aprovecharse para almacenar, recuperar y modificar información durante operaciones computacionales reales.
La nueva arquitectura superó dos pruebas importantes para los ordenadores cuánticos
Para comprobar que el dispositivo podía hacer algo más que almacenar información, los científicos realizaron dos experimentos relacionados con procedimientos fundamentales de la computación cuántica: la transformada cuántica de Fourier y la búsqueda de períodos. Ambas operaciones requieren controlar relaciones complejas entre estados cuánticos. Conseguir ejecutarlas implica coordinar el procesador y la memoria sin perder la coherencia necesaria para realizar los cálculos.
El equipo logró demostrar experimentalmente estas capacidades, lo que supone una prueba de concepto importante. En principio, la arquitectura reúne las operaciones básicas necesarias para desarrollar sistemas de computación cuántica programables de propósito general. Sin embargo, todavía existe una distancia considerable entre este dispositivo experimental y un ordenador cuántico capaz de resolver problemas industriales complejos. El próximo desafío será incorporar más componentes y aumentar la capacidad de cálculo sin comprometer la precisión.
La investigación abre una posibilidad especialmente interesante: algunos de los futuros ordenadores cuánticos podrían almacenar información mediante vibraciones tan pequeñas y rápidas que ningún ser humano sería capaz de escucharlas. Y ese mecanismo, aparentemente sencillo, podría contribuir a construir máquinas considerablemente más compactas y fiables que las actuales.
