Computación
Microsoft inventa un nuevo estado de la materia para el chip de computación cuántica Majorana-1
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Nuevo estado de la materia para escalar la computadora cuántica
Ha sido unos meses muy intensos para el progreso en la computación cuántica y las empresas que cubrimos en “5 mejores empresas de computación cuántica de 2025”.
Comenzó con Willow de Google en diciembre de 2024, quizá el primer chip cuántico escalable de la historia. Luego siguió la noticia de la primera computación cuántica distribuida a través de un enlace de red óptica, abriendo el camino para que las computadoras cuánticas se interconecten como las normales en servidores dedicados.
Ahora es el turno de Microsoft (MSFT ) de causar gran impacto con la presentación de Majorana 1, un chip que utiliza un estado de la materia completamente nuevo para realizar computación cuántica: los topoconductores.
Microsoft afirma que los topoconductores pueden producir qubits más fiables y escalables, los bloques de construcción de las computadoras cuánticas.
Esta ruta totalmente nueva para la computación cuántica cambia radicalmente la forma en que Microsoft planea construir sus futuras computadoras cuánticas, con “un camino claro para colocar un millón de qubits en un solo chip que quepa en la palma de la mano”.
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¿Qué son los topoconductores?
Parece que el origen del avance proviene de un nuevo enfoque, al crear un transistor dedicado a la computación cuántica, yendo más allá de lo que se ha hecho hasta ahora.
“Dimos un paso atrás y dijimos ‘OK, vamos a inventar el transistor para la era cuántica. ¿Qué propiedades debe tener?’
Y así es como llegamos aquí: es la combinación particular, la calidad y los detalles importantes en nuestra nueva pila de materiales lo que ha permitido un nuevo tipo de qubit y, en última instancia, toda nuestra arquitectura.”
Los superconductores topológicos, descritos en el artículo correspondiente publicado en Nature1, bajo el título “Interferometric single-shot parity measurement in InAs–Al hybrid devices“, son un estado de la materia diferente del más familiar sólido, líquido o gas, o incluso de los más exóticos como el plasma o el condensado de Bose‑Einstein.
El estado topológico solo se había teorizado hasta ahora, primero por Ettore Majorana (1906-1938), pero de repente parece que no solo es observable sino también controlable. Esta partícula de Majorana (también llamada fermión de Majorana), una partícula que es su propia antipartícula, fue observada por los investigadores de Microsoft por primera vez en 2024.
Las partículas de Majorana son similares a los electrones en cierto modo y podrían usarse para preservar datos cuánticos útiles para la computación cuántica.
Esto no fue en absoluto un éxito de la noche a la mañana y aparentemente ha sido el resultado de más de 17 años de investigación, el proyecto de investigación más largo de Microsoft, y hasta ahora un secreto muy bien guardado.
Para simplificar las cosas (mucho), un topoconductor es un semiconductor que comparte parte de su comportamiento a nivel atómico y subatómico con materiales superconductores.
Fuente: Microsoft
La forma en que se logró esto es fusionando en un cable de indio arsénico (un semiconductor) y aluminio (un superconductor).
Fuente: Physical Review
Cuando se enfrían a casi cero absoluto y se ajustan con campos magnéticos, estos dispositivos forman nanocables superconductores topológicos, que contienen los llamados modos cero de Majorana (MZM) en los extremos de los cables.
Fuente: Microsoft
Estado cuántico ultraestable
En un superconductor “normal”, cualquier electrón desemparejado puede detectarse porque su presencia requiere energía extra. Esto hace que su medición sea simple, pero también lo vuelve muy sensible al ruido y a perturbaciones del entorno, dificultando cualquier cálculo cuántico.
Los MZM son radicalmente diferentes, ya que un electrón desemparejado se comparte entre un par de MZM, haciéndolo invisible al entorno. Esta propiedad única de las partículas de Majorana protege la información cuántica, haciéndola ultraestable y fiable.
Electrones invisibles
Por supuesto, aunque esto es ideal para preservar el estado cuántico en una condición estable y útil, también hace que cualquier medición real sea extremadamente difícil, de ahí que las partículas de Majorana hayan sido teóricas solo durante un siglo hasta hace muy poco.
Si bien esto hace que nuestros topoconductores sean candidatos ideales para qubits, también presenta un desafío: ¿Cómo leemos la información cuántica que está tan bien oculta? ¿Cómo podemos distinguir, por ejemplo, entre 1.000.000.000 y 1.000.000.001 electrones?
La solución de Microsoft al problema aprovechó los puntos cuánticos, un material único que discutimos extensamente en “Investing in Nobel Prize Achievements – Quantum Dots & Nanocolors“. Se puede describir como un diminuto dispositivo semiconductor que puede almacenar carga eléctrica.
El punto cuántico se coloca al final del nanocable topológico. Esta conexión aumenta la capacidad del punto para retener carga. Crucialmente, el aumento exacto depende de la paridad del nanocable.
Fuente: Microsoft
Así, al medir el estado de los puntos cuánticos, un proceso bien entendido que usa microondas, el sistema también puede medir el estado cuántico invisible de la partícula de Majorana.
Fuente: Nature
No solo la medición es posible, sino que también es extremadamente fiable, incluso con un primer prototipo, antes de cualquier optimización adicional.
Diseñamos nuestros dispositivos de modo que estos cambios sean lo suficientemente grandes como para medirlos de forma fiable en un solo disparo. Nuestras mediciones iniciales tuvieron una probabilidad de error del 1 %, y hemos identificado caminos claros para reducirla significativamente.
Qubits ultra‑fiables
Cambia por completo el enfoque de medición del estado cuántico usado en la computación cuántica.
Hasta ahora, esto requería la rotación de estados cuánticos mediante ángulos precisos, lo que necesitaba señales de control analógicas complejas personalizadas para cada qubit. Hacía que la corrección de errores, basada en el mismo método, fuera extremadamente compleja, costosa y en general menos fiable.
En cambio, el método descubierto por Microsoft puede corregir errores simplemente conectando y desconectando puntos cuánticos de los nanocables, usando un pulso digital.
Fuente: Microsoft
Si te interesa, puedes aprender más sobre los detalles de cómo se han desarrollado los topoconductores en esta larga entrevista con Dr. Chetan Nayak, el líder detrás de este proyecto de Microsoft.
Arquitectura inherentemente escalable
Porque el sistema es mucho más simple en términos de ingeniería, si no en términos de física de partículas, y también más fiable y estable, es naturalmente más fácil de escalar.
El componente básico sería un “tetron”, formado por 2 nanocables, 4 MZM y 4 puntos cuánticos, creando un dispositivo de 2 qubits.
Cuando se combina con otro, puede formar un dispositivo básico de dos qubits que soporta un método usado para la computación cuántica llamado “measurement-based braiding transformations”.
Una matriz 4×2 de tetrons podría realizar detección de errores en dos qubits lógicos.
Fuente: Microsoft
Este bloque podría replicarse decenas, cientos o, en última instancia, miles o millones de veces para construir una computadora cuántica masiva, mucho más grande que cualquier cosa imaginada hasta ahora.
Quizá no sea sorprendente que la computación cuántica requiera que diseñemos un nuevo estado de la materia específicamente diseñado para habilitarla.
Lo que es notable es cuán precisa es ya nuestra técnica de lectura, demostrando que estamos aprovechando este estado exótico de la materia para la computación cuántica.
Puedes ver cómo se ve el chip Majorana en esta representación, comenzando por la partícula de Majorana y terminando con el chip completo sostenido en la mano de una persona.
Finalmente, la parte clave que hace que esta tecnología sea especialmente escalable, es cuán pequeños son los componentes físicos. Como resultado, más de un millón de qubits físicos pueden insertarse en un chip pequeño que cabe en la mano.
Fuente: Microsoft
Mejora adicional
Como se explicó, incluso la probabilidad de error del 1 % en la medición de los puntos cuánticos y los MZM puede reducirse aún más. Los investigadores de Microsoft ya están viendo una forma de hacerlo.
Como los errores en la computación se acumulan, reducir la tasa de error en un factor de 10 podría incrementar mucho más el potencial de cálculo útil final.
Otra cosa que puede mejorarse es la estabilidad general del estado cuántico de las partículas de Majorana.
“La energía externa —como la radiación electromagnética— puede romper los pares de Cooper, creando electrones desemparejados que pueden cambiar el estado del qubit de paridad par a impar. Sin embargo, nuestros resultados muestran que esto es raro, ocurriendo solo una vez por milisegundo en promedio.”
Dado que el sistema desarrollado por Microsoft ha demostrado una estabilidad impresionante, indica que el blindaje ya está cumpliendo bien su función. Sin embargo, probablemente existan más formas de reducir la interferencia, que también ya están bajo investigación.
Acelerando la revolución de la computación cuántica
El siguiente paso para Microsoft es construir la matriz 4×2 de tetrons más allá del prototipo inicial y probarla a escala.
Y luego usar la matriz completa de ocho qubits para implementar detección de errores cuánticos (QEC) en dos qubits lógicos.
Debido a que los qubits topológicos tienen protección de errores incorporada, simplifica enormemente la QEC. Además, Microsoft afirma que sus códigos QEC personalizados reducen la sobrecarga aproximadamente 10 x en comparación con el enfoque anterior de última generación.
Así que no solo los qubits basados en Majorana son más fiables, sino que pueden funcionar más rápido y requieren menos qubits físicos para producir un qubit lógico.
(Los qubits lógicos son las unidades de medida útiles para aplicaciones prácticas, de la misma forma que un procesador se mide en operaciones por segundo y no solo por cuántos transistores contiene)
“Creemos que este avance nos permitirá crear una computadora cuántica verdaderamente significativa no en décadas, como algunos han predicho, sino en años.”
Satya Nadella – CEO de Microsoft
Aplicaciones
Ciencia
La comunicación de Microsoft sobre Majorana 1 se centra principalmente en los resultados científicos que podría generar, especialmente en biología y ciencias de materiales.
Estos son campos muy importantes para la computación cuántica, ya que desde el plegamiento de proteínas hasta materiales complejos para baterías, el cálculo de cómo se comportan a nivel atómico es extremadamente exigente en términos de cómputo, llevando al límite a los superordenadores actuales.
Las computadoras cuánticas escalables podrían simular estos problemas millones o incluso billones de veces más eficientemente, probablemente permitiendo una gran oleada de nuevos descubrimientos.
Esto se logrará no solo realizando cálculos antes imposibles, sino también evitando miles de millones de dólares en búsquedas experimentales exhaustivas y experimentos de laboratorio.
- Materiales autorreparables que curan grietas en puentes.
- Agricultura sostenible.
- Descubrimiento químico más seguro.
En una entrevista de una hora, el CEO de Microsoft incluso explicó que, desde su perspectiva, la forma de ver si la computación cuántica y la IA funcionan adecuadamente es el crecimiento económico global.
“El verdadero punto de referencia es si el mundo está creciendo al 10 %” más que cualquier otra métrica.”
Satya Nadella – Microsoft CEO
Criptografía y Defensa
Los ordenadores cuánticos tienen el potencial de romper casi todos los métodos de cifrado actualmente usados, incluidos los de comunicaciones militares, códigos nucleares, transferencias bancarias, etc.
Por lo tanto, es, por supuesto, una cuestión absolutamente crucial para el gobierno de EE. UU. (y todas las demás grandes potencias) no ser sorprendidos por el progreso en la computación cuántica.
The Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) ha seleccionado a Microsoft como una de las dos compañías para avanzar a la fase final de su riguroso programa de evaluación conocido como Sistemas poco explorados para la computación cuántica a escala de utilidad (US2QC), (la otra compañía es la computación cuántica fotónica PsiQuantum).
US2QC reunió a expertos de DARPA, Air Force Research Laboratory, Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, Los Alamos National Laboratory, Oak Ridge National Laboratory y NASA Ames Research Center.
Computación cuántica y empresa de partículas Majorana
Microsoft
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Aunque Microsoft es más conocida por su fuerte presencia en sistemas operativos con Windows, también es un gigante en muchos otros campos tecnológicos.
Por ejemplo, es líder en soluciones empresariales, incluyendo Office (Outlook, Word, Excel y PowerPoint), pero también llamadas corporativas (Teams), almacenamiento en la nube compartido (OneDrive), Visio (diagramas, gráficos), Loop (espacio de trabajo colaborativo) y Access (base de datos).
Aunque no es líder en servicios de nube (dominado por AWS de Amazon ), Microsoft representa el 20 % de la infraestructura global de nube a través de su plataforma Azure, tan grande como la suma de las cuotas de Google + Alibaba + Oracle.
Fuente: Statista
Microsoft también es propietario de LinkedIn, GitHub, Xbox y de muchos de los mayores estudios de videojuegos del mundo.
Fuente: Microsoft
En cuanto a IA, Microsoft se ha centrado más en casos de uso técnicos y aplicaciones empresariales que en aplicaciones de consumo, destacando el programa AI4Science, sobre IAs útiles para la investigación científica.
Esto incluye, por ejemplo, acelerar el trabajo de los científicos de materiales para diseñar nuevas moléculas o electrodos de baterías al hacer que una IA reduzca 32 millones de materiales potenciales a 500 000 candidatos, y luego a 800 en menos de 80 horas.
Fuente: Microsoft
Hasta ahora, cuando se trata de computación cuántica, Microsoft parecía estar rezagada comparada con Google o IBM; ofrecía servicios de computación cuántica en la nube con Azure Quantum. El servicio también puede ofrecer “computación híbrida”, combinando computación cuántica con servicios tradicionales de supercomputación en la nube.
Fuente: Microsoft
Ahora que el hardware revolucionario que aprovecha las partículas de Majorana ha sido revelado, cambia por completo la posición real de la empresa.
Lejos de estar rezagada, simplemente estaba puliendo su gran anuncio y construyendo el software y los casos de uso que sus clientes industriales utilizarán con sus computadoras cuánticas escalables.
Esto representa una desviación radical de una empresa centrada mayormente en software sobre hardware, con la excepción de la consola Xbox.
Y podría resultar extremadamente rentable si resulta que la partícula de Majorana es la clave para computadoras cuánticas escalables y ultra‑potentes de millones de qubits, proporcionando un crecimiento adicional a una empresa ya masiva.
(También puedes leer nuestro artículo que pone el foco en Microsoft en su totalidad con más detalle, más allá de la computación cuántica, para comprender mejor la empresa).
Referencia del estudio:
1. Microsoft Azure Quantum., Aghaee, M., Alcaraz Ramirez, A. et al. (2025) Interferometric single-shot parity measurement in InAs–Al hybrid devices. Nature 638, 651–655. https://doi.org/10.1038/s41586-024-08445-2
