Computación
Impulsando el Futuro Cuántico: Interferencia Fonónica y Nuevos Materiales
A diferencia de las computadoras clásicas, como nuestras laptops y smartphones, una computadora cuántica utiliza las propiedades de la física cuántica para realizar cálculos y almacenar datos, lo que la hace mejor que incluso algunas de las mejores supercomputadoras actuales en ciertas tareas.
En contraste con la codificación de información en bits binarios (0 o 1) como las computadoras ordinarias, la unidad básica de memoria de una computadora cuántica es un qubit, que se crea usando sistemas físicos como el spin de un electrón o la orientación de un fotón.
Quantum bits, or qubits, can be arranged in many different ways at once. This means they can represent both 0 and 1 simultaneously, a property called quantum superposition. Qubits can also be linked through quantum entanglement, where the connected particles share the same fate regardless of the distance between them.
Como resultado, se cree que una computadora cuántica is believed to have the capability to perform calculations exponentially faster than any classical computer.
Con este beneficio, las computadoras cuánticas prometen revolucionar la informática moderna. Teóricamente, pueden optimizar la logística, romper esquemas de cifrado prevalentes, permitir el descubrimiento de nuevos fármacos y materiales, y ayudar a los físicos a realizar simulaciones físicas.
Aunque las computadoras cuánticas aún no se han convertido en una realidad, the quest to create a practical one is accelerating as major technology companies work on scaling from small lab experiments to full working systems in the coming years.
IBM ya ha presentado su plan detallado, con Jay Gambetta, jefe de la iniciativa cuántica de IBM, diciendo al Financial Times que ya no es un sueño:
“Realmente siento que hemos descifrado el código y podremos construir esta máquina para finales de la década.”
Mientras Google, una Alphabet (GOOG ) owned company, is also confident in its ability to produce an industrial-scale system in this time frame, Amazon (AMZN ) expects a few more decades for these machines to become truly useful.
Claramente hay un fuerte enfoque en esta tecnología emergente entre los mayores actores de la industria, aunque su adopción en el mundo real sigue estando obstaculizada por varios desafíos.
Esto incluye la susceptibilidad de los qubits a perturbaciones en el entorno, también conocidas como “ruido.” Factores como el calor, vibraciones y campos electromagnéticos can cause a qubit to lose its quantum properties. This process, known as quantum decoherence, causes the system to crash and introduce errors into calculations. This sensitivity is a major challenge in building and operating quantum computers.
Para proteger los qubits de interferencias externas, los científicos los aíslan físicamente, los mantienen fríos o los bombardean con ráfagas concentradas de energía.
Además del ruido, la corrección de errores, la escalabilidad, el conocimiento especializado, la alta demanda de recursos y la integración con sistemas clásicos son otros desafíos que enfrentan las computadoras cuánticas. Lo positivo es que estas cuestiones están siendo abordadas activamente por empresas y científicos mediante diferentes enfoques para convertir las computadoras cuánticas en una realidad.
Neglectons: Partículas Pasadas por Alto en la Computación Cuántica
Una de las formas de superar la fragilidad de los qubits para construir computadoras cuánticas estables es emparejándolos con elementos matemáticos que antes se consideraban irrelevantes.
Este descubrimiento fue reportado por matemáticos la semana pasada, quienes señalaron que partículas pasadas por alto llamadas “neglectons” pueden ayudar a revolucionar el sector1.
La cuasipartícula discutida aquí se llama anyón de Ising, que solo existe en sistemas 2D y es el núcleo de la computación cuántica topológica. Lo que significa es que los anyones no almacenan información en las partículas sino en la forma en que se entrelazan entre sí, lo que es mucho más resistente al ruido. El problema es que los anyones de Ising no son universales.
Para abordar esto, el equipo recurrió a la “teoría de campo cuántico topológico no semisimple”. Esta teoría permite predecir nuevas partículas desconocidas “simplemente comprendiendo la simetría de lo que ocurre”.
Según esto, cada partícula tiene una dimensión cuántica, un número que refleja cuánta “peso” o influencia tiene en el sistema. Mientras que la partícula con peso cero se descarta generalmente, en las nuevas versiones no semisimples, esas partículas are kept before figuring out how to make that number not be zero.
Las piezas descuidadas reinterpretadas proporcionan las capacidades faltantes de los anyones de Ising.
El estudio demostró que con solo un neglecton, la partícula es capaz de computación universal simplemente mediante entrelazado. Notablemente, los anyones de Ising pueden crear superposiciones ya que dependen de la forma del camino de entrelazado y no de ubicaciones precisas, y are naturally shielded from many kinds of noise.
Entrenamiento de IA para Reorganizar Átomos de Forma Eficiente
En otro caso, los investigadores used AI to assemble the ‘brain’ of a quantum computer2.
Lo que hizo el equipo fue emplear inteligencia artificial para encontrar la forma más óptima de ensamblar rápidamente una red de átomos que podría actuar como el cerebro de una computadora cuántica en el futuro.
Según el coautor del estudio, Jian-Wei Pan, a physicist at the University of Science and Technology of China:
“AI for science is emerging as a powerful paradigm for addressing complex scientific problems.”
Al construir ‘neutral atom arrays’, the challenge is working out the way to rearrange them in an “efficient, fast and scalable manner” which AI solved.
Los átomos neutros, iones atrapados y circuitos superconductores son utilizados por los investigadores para crear qubits debido a su capacidad de mantener estados cuánticos durante un tiempo relativamente largo. Cuando los átomos are used as qubits, they are trapped with laser light and store quantum information in their electrons’ energy levels.
La idea es usar suficientes átomos para ayudar a una computadora cuántica a superar errores. So, the team trained the AI model on how rubidium (Rb) atoms can be put into different grid configurations using various patterns of laser light. Then, based on the starting locations of atoms, the AI model can calculate the accurate pattern of light required to rearrange them into 2D and 3D shapes.
Usando su modelo de IA, el equipo ensambló una matriz de hasta 2,024 átomos de rubidio en solo 60 milisegundos. El estudio señaló:
“This protocol can be readily used to generate defect-free arrays of tens of thousands of atoms with current technologies and become a useful toolbox for quantum error correction.“
Destilación de Estado Mágico de Qubits Lógicos
Mientras tanto, el mes pasado, científicos achieved a ‘magic state’ breakthrough3 to build error-free quantum computers.
Los científicos demostraron realmente un fenómeno llamado ‘magic state distillation,’ which, while proposed two decades ago, wasn’t used in logical qubits until now. This is despite being considered critical to producing ‘magic states,’ which are required to fulfill quantum computers’ full potential.
These states are prepared in advance for consumption as resources by complex quantum algorithms.
Para su utilización por algoritmos, los estados mágicos de mayor calidad se “purifican” primero mediante un proceso de filtrado llamado destilación de estado mágico. While possible on simple, error-prone physical qubits, this process isn’t possible on logical qubits that are configured to detect and correct the errors.
Now, for the first time, scientists have shown magic state distillation in practice on logical qubits.
Usando la computadora cuántica Gemini de átomos neutros, los científicos destilaron cinco estados mágicos imperfectos en un estado mágico más limpio. By performing this on Distance-3 and a Distance-5 logical qubit separately, the scientists have shown that the distillation process scales with the quality of the logical qubit.
As a result of this, the fidelity of the final magic state surpasses any input’s fidelity, confirming that disturbance-resistant magic state distillation actually works in practice.
Desbloqueando la Memoria Cuántica con Ondas Sonoras
Ahora, la semana pasada, científicos de Caltech publicaron su investigación que demostró que las ondas sonoras abren otra vía hacia la computación cuántica práctica4.
Han construido una memoria cuántica híbrida que transforma la información eléctrica en sonido. This allows quantum states to live as much as thirty times longer than in standard superconducting systems, where carefully designed resonators allow electrons to form superconducting qubits that excel at carrying out fast, complex operations but aren’t suited for long-term storage.
Almacenar información en estados cuánticos sigue siendo un desafío; para abordarlo, los investigadores están creando “memorias cuánticas” para mantener la información cuántica durante un período que supera al de los qubits superconductores ampliamente usados. And the novel hybrid method by the Caltech team has extended quantum memory.
“Una vez que tienes un estado cuántico, puede que no quieras hacer nada con él de inmediato. Necesitas una forma de volver a él cuando quieras realizar una operación lógica. Para eso, necesitas una memoria cuántica.”
– Mohammad Mirhosseini, assistant professor of electrical engineering and applied physics
Así, el equipo creó un qubit superconductivo en un chip y lo conectó a un pequeño dispositivo llamado oscilador mecánico, que es básicamente un diapasón a escala reducida.
Este oscilador is made up of flexible plates that vibrate in response to sound waves of GHz frequencies. Upon the application of an electric charge, these plates engage with electrical signals that are carrying quantum information, allowing the information to be channeled into the device for storage as a “memory” and then later channeled out, or “remembered.”
Al medir, los investigadores encontraron que el oscilador tenía una vida útil, es decir, el tiempo que tarda en perder contenido cuántico una vez que la información is entered into the device, which was about 30 times longer than that of the best superconducting qubits.
En medio de todo este progreso, dos nuevos estudios respaldados por la National Science Foundation han logrado major breakthroughs that take us another step closer to quantum computers’ practical usage.
Nuevos Materiales Cuánticos para Qubits Estables
Un equipo de investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers, University of Helsinki, and Aalto University has unveiled a quantum material that can change quantum computing forever by making quantum computers more stable. It does so by using magnetism to protect the fragile qubits from noise.
Cuando se combina con su herramienta computacional para encontrar materiales con interacciones magnéticas, este avance puede finalmente conducir a computadoras cuánticas prácticas y tolerantes a fallas.
El nuevo tipo de material cuántico, along with a method to achieve stability, can make quantum computers more resilient, thereby opening the way for their practical use in handling quantum calculations.
En tiempos recientes, los investigadores han estado explorando activamente la posibilidad de crear materiales completamente nuevos para resolver el problema del ruido al proporcionar la protección necesaria contra las perturbaciones en su topología.
Los estados cuánticos que aparecen y are sustained through the very material’s inherent structure used to create qubits are called topological excitations. And these are robust and stable. The challenge, however, remains in finding materials that naturally support robust quantum states.
El estudio más reciente ha desarrollado con éxito uno de esos novel quantum material for qubits that displays robust topological excitations5.
This marks a promising move towards practical topological quantum computing by having stability built right into the design of the material.
Según el autor principal del estudio, Guangze Chen, a postdoctoral researcher in applied quantum physics at Chalmers:
“Este es un tipo completamente nuevo de material cuántico exótico que puede mantener sus propiedades cuánticas cuando se expone a perturbaciones externas. Puede contribuir al desarrollo de computadoras cuánticas lo suficientemente robustas como para abordar cálculos cuánticos en la práctica.”
‘Exotic quantum materials’ refers to several new classes of solids with deep resiliency and extreme quantum properties, and the search for such materials has long been a challenge.
Ahora, cuando se trata del nuevo método del equipo, el magnetismo es la clave. Lo que los investigadores tradicionalmente han hecho es seguir una “receta” establecida basada en el acoplamiento espín-órbita (SOC). This is a quantum interaction that links an electron’s spin to its orbital movement around the atomic nucleus to create topological excitations.
Pero esto es bastante poco común y solo puede usarse en un número limitado de materiales. As such, the team has presented a new method to achieve the same effect. The novel method utilizes magnetism, which is more common and accessible.
Aprovechando las interacciones magnéticas, el equipo pudo crear excitaciones topológicas robustas necesarias para la computación cuántica topológica.
“La ventaja de nuestro método es que el magnetismo existe naturalmente en muchos materiales. Puedes compararlo con hornear con ingredientes cotidianos en lugar de usar especias raras,” noted Chen. “Esto significa que ahora podemos buscar propiedades topológicas en un espectro mucho más amplio de materiales, incluidos aquellos que previamente have been overlooked.”
Además de un nuevo material y método, los investigadores también desarrollaron una herramienta computacional completamente nueva.
La herramienta les ayudó a encontrar nuevos materiales con propiedades topológicas deseadas más rápido. Puede calcular directamente cuán fuerte es el comportamiento topológico de un material.
“Our hope is that this approach can help guide the discovery of many more exotic materials,” said Chen. “Ultimately, this can lead to next-generation quantum computer platforms, built on materials that are naturally resistant to the kind of disturbances that plague current systems.”
Aprovechando el Poder No Explorado de los Fonones
Otro avance ha sido logrado por investigadores de la Universidad de Rice, lo que puede allanar el camino para tecnologías de próxima generación en detección y computación. Este ha demostrado una forma fuerte de interferencia entre fonones6.
Los fonones son vibraciones en la estructura de un material que constituyen las unidades más pequeñas de calor o sonido en ese sistema.
Cuando dos fonones con diferentes distribuciones de frecuencia interfieren entre sí, ese fenómeno se conoce como Fano resonance. El estudio reportó una resonancia de Fano de dos órdenes de magnitud mayor que nunca.
“Aunque este fenómeno está bien estudiado para partículas como electrones y fotones, la interferencia entre fonones ha been much less explored,” said the study’s first author, Kunyan Zhang, a former postdoctoral researcher at Rice. “That is a missed opportunity, since phonons can maintain their wave behavior for a long time, making them promising for stable, high-performance devices.”
El estudio ha demostrado eficazmente que los fonones pueden aprovecharse tan exitosamente como la luz o los electrones, allanando el camino para tecnologías basadas en fonones de nueva generación. The base of this breakthrough is the usage of a 2D metal on top of a silicon carbide base.
Entre una capa de grafeno y carburo de silicio, el equipo insertó algunas capas de átomos de plata usando la técnica de heteroepitaxia de confinamiento, lo que produjo una interfaz fuertemente unida con propiedades cuánticas excepcionales.
“El metal 2D desencadena y refuerza la interferencia entre diferentes modos vibracionales en el carburo de silicio, alcanzando niveles récord.”
– Zhang
Para su trabajo, el equipo exploró simplemente cómo los fonones interfieren entre sí. For this, they looked at their signal shape in Raman spectroscopy, a technique used to measure a material’s vibrational modes. What the researchers found was a sharply asymmetric line shape, which displayed a complete dip in some cases, forming an antiresonance pattern that’s characteristic of intense interference.
Este efecto mostró alta sensibilidad a las especificidades de la superficie del carburo de silicio (SiC).
Al comparar tres terminaciones únicas de la superficie de SiC, los investigadores encontraron una fuerte conexión entre cada una de ellas y la forma única de la línea Raman. Además, la forma de la línea espectral cambió notablemente cuando se introdujo una sola molécula de tinte en la superficie.
“Esta interferencia es tan sensible que puede detectar la presencia de una sola molécula,” Zhang said. “It enables label-free single-molecule detection with a simple and scalable setup. Our results open up a new path for using phonons in quantum sensing and next-generation molecular detection.”
Al observar la dinámica del efecto a bajas temperaturas, it was confirmed that the interference comes purely from phonon interactions and not electrons, making it a rare case of phonon-only quantum interference.
El equipo observó este efecto solo en el sistema de carburo de silicio 2D que utilizaron debido a las configuraciones superficiales y a las vías de transición especiales habilitadas por la capa delgada.
“En comparación con los sensores convencionales, nuestro método ofrece alta sensibilidad sin necesidad de etiquetas químicas especiales o configuraciones de dispositivos complicadas,” said co-author Shengxi Huang, associate professor of electrical and computer engineering and materials science and nanoengineering at Rice. “This phonon-based approach not only advances molecular sensing but also opens up exciting possibilities in energy harvesting, thermal management, and quantum technologies, where controlling vibrations is key.”
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| Área de Investigación | Institución / Empresa | Avance (2025) | Impacto en la Computación Cuántica |
|---|---|---|---|
| Neglectons / Anyons | Nature Communications (Intl. team) | Introdujo “neglectons” para habilitar el cómputo universal de anyones de Ising | Proporciona puertas lógicas resistentes al ruido mediante entrelazado |
| Arreglos de Átomos Optimizado por IA | Universidad de Ciencia & Tech of China | Ensambló 2.024 átomos neutros en 60 ms | Base escalable para procesadores con corrección de errores |
| Destilación de Estado Mágico | Equipo Gemini de átomos neutros | Primera demostración de destilación de estado mágico en qubits lógicos | Crítico para la computación cuántica tolerante a fallas |
| Memoria Cuántica | Caltech | Memoria híbrida que almacena información 30× más tiempo mediante fonones | Permite un almacenamiento y recuperación más prolongados de estados cuánticos |
| Materiales Exóticos | Chalmers Univ., Univ. of Helsinki, Aalto Univ. | Método basado en magnetismo para excitaciones topológicas robustas | Qubits más estables y resistentes al ruido |
| Interferencia Fonónica | Universidad de Rice | Interferencia fonónica récord que permite detección de molécula única | Abre camino a detección y dispositivos basados en fonones |
Invertir en Computación Cuántica
Varias grandes empresas tecnológicas e inversores están apostando fuertemente por los avances cuánticos. Esto incluye a IBM (IBM ), Google, Amazon, Microsoft (MSFT ), y muchos más. Todas están ampliando sus iniciativas cuánticas, mientras el capital de riesgo sigue fluyendo sin interrupciones hacia startups que exploran nuevos materiales, corrección de errores y tecnologías fonónicas.
Microsoft (MSFT )
Entre todos estos grandes nombres, Microsoft destaca significativamente. Ha estado impulsando tanto inversiones cuánticas como de fusión, presentándolas como tecnologías complementarias para alimentar centros de datos impulsados por IA en el futuro. En la misma línea, el laboratorio de IA cuántica de Google y las hojas de ruta cuánticas multianuales de IBM reflejan su objetivo de lograr máquinas cuánticas prácticas dentro de la década.
(MSFT )
El precio de la acción de Microsoft subió de aproximadamente $354 a principios de abril de 2025 a un pico superior a $524 en agosto, antes de retroceder a alrededor de $509 al 19 de agosto. La valoración actual de la empresa incluye una relación P/E de 38.1, con ganancias por acción (TTM) de $13.70 y un rendimiento de dividendo del 0.59%. Y para el FY2025, los ingresos fueron $281.7 mil millones y el ingreso neto $101.8 mil millones. La demanda de sus negocios de nube e IA, en particular, está ayudando a impulsar su rendimiento.
Últimas Microsoft Corporation (MSFT) Noticias y Desarrollos de Acciones
Conclusión
Las computadoras cuánticas cuentan con la capacidad de realizar cálculos complejos a velocidades muy superiores a las de las computadoras clásicas, lo que promete habilitar avances en varios campos, incluyendo el descubrimiento de fármacos, la ciencia de materiales, la IA y la criptografía.
Pero, por supuesto, las computadoras cuánticas aún están lejos de ser una realidad, enfrentando desafíos como el ruido, la escalabilidad, la estabilidad, el almacenamiento, la memoria y el control. Sin embargo, en el lado positivo, los investigadores están avanzando constantemente en todos estos frentes, y juntos nos están acercando a desbloquear computadoras cuánticas prácticas!
Haga clic aquí para obtener una lista de las cinco principales empresas de computación cuántica.
Referencias:
1. Iulianelli, F., Kim, S., Sussan, J., et al. Computación cuántica universal usando anyones de Ising a partir de una teoría de campo cuántico topológico no semisimple. Nature Communications, 16, 6408, publicada el 05 de agosto de 2025. https://doi.org/10.1038/s41467-025-61342-8
2. Ahart, J. (15 de agosto de 2025). La IA ayuda a ensamblar el ‘cerebro’ de la futura computadora cuántica. Nature. https://doi.org/10.1038/d41586-025-02577-9
3. Sales Rodriguez, P., Robinson, J. M., Jepsen, P. N., et al. Demostración experimental de destilación de estado mágico lógico. Nature, publicada el 14 de julio de 2025. https://doi.org/10.1038/s41586-025-09367-3
4. Bozkurt, A. B., Golami, O., Yu, Y., et al. Una memoria cuántica mecánica para fotones de microondas. Nature Physics, publicada el 13 de agosto de 2025. https://doi.org/10.1038/s41567-025-02975-w
5. Lippo, Z., Pereira, E. L., Lado, J. L., & Chen, G. Modos cero topológicos y bombeo de correlación en una red Kondo diseñada. Physical Review Letters, 134(11), 116605, publicada en marzo de 2025. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.116605
6. Zhang, K., et al. Interferencia cuántica fonónica ajustable inducida por metales bidimensionales. Science Advances, 11, eadw1800, publicada en 2025. https://doi.org/10.1126/sciadv.adw1800
