Las ondas sonoras ofrecen un avance en el almacenamiento de información cuántica

La computación cuántica promete una velocidad sin precedentes para resolver problemas complejos y generar avances en los campos de IA, finanzas, logística, ciencia de materiales, descubrimiento de fármacos y criptografía.

Pero aunque el potencial de la tecnología es enorme, lograrlo no es fácil, ya que en la práctica ha demostrado ser muy difícil hacer que las computadoras cuánticas funcionen y utilizarlas para resolver problemas del mundo real.

La computación cuántica sigue siendo una tecnología experimental, con investigadores trabajando en superar los obstáculos para realizar simulaciones precisas de fenómenos a nivel cuántico. Uno de los principales problemas aquí es almacenar la información durante mucho tiempo.

Esto se debe a que, aunque los qubits superconductores poseen grandes capacidades para procesar información cuántica, tienen tiempos de coherencia bastante limitados.

La coherencia es la capacidad de un sistema cuántico para mantener la relación entre diferentes estados en una superposición. Esta propiedad fundamental permite que los qubits existan en una combinación lineal de estados base, habilitando el paralelismo y la interferencia que son el núcleo de la computación cuántica. 

Esencial para ejecutar operaciones cuánticas, la coherencia es bastante frágil y puede perderse fácilmente mediante incluso pequeñas interacciones con el entorno.

Si no hay coherencia, el comportamiento cuántico se pierde en el qubit, haciendo que los cálculos cuánticos carezcan de sentido. Mientras tanto, la decoherencia es el proceso mediante el cual se pierde la coherencia, y sigue siendo un gran desafío en la construcción y operación de computadoras cuánticas.

Ahora, los qubits superconductores son una forma física de materializar qubits, y dependen de mantener la coherencia cuántica para funcionar. Pero, por supuesto, la decoherencia sigue siendo su mayor desafío.

Qubits superconductores son circuitos diminutos hechos de materiales específicos, que explotan fenómenos cuánticos como la superposición y el entrelazamiento para realizar cálculos. Los materiales utilizados para fabricar un circuito se enfrían a casi cero absoluto para volverlos superconductores, lo que significa que pueden conducir electricidad sin resistencia.

Aunque estos qubits superconductores son notables en cálculos rápidos, tienen dificultades para almacenar información durante períodos prolongados.

Sin embargo, una interfaz entre fotones y fonones podría permitir que la información cuántica se almacene en osciladores mecánicos de larga duración. Un equipo de Caltech ha hecho precisamente eso; han introducido una plataforma que depende de fuerzas electrostáticas en estructuras a nanoescala para lograr un acoplamiento fuerte entre un qubit y un oscilador nanomecánico.

El tiempo de decaimiento de energía (T1) es de aproximadamente 25 ms, lo que supera al de los circuitos superconductores integrados.

Para explorar las causas de la decoherencia y reducir su impacto, el equipo utilizó operaciones cuánticas. El uso de secuencias de desacoplamiento dinámico de dos pulsos les ayudó a lograr un tiempo de coherencia más largo (T2) de 1 ms, una extensión respecto a los 64 μs anteriores.

Los hallazgos del estudio demuestran que, en dispositivos superconductores, los osciladores mecánicos pueden servir como memorias cuánticas, con el potencial de ser utilizados en computación cuántica, detección y transducción.

Cómo las ondas sonoras almacenan estados cuánticos por más tiempo

Las computadoras convencionales, como laptops y teléfonos, almacenan información en forma de bits.

Los bits son la unidad más pequeña de información digital, piezas fundamentales de lógica que adoptan un único valor binario de cero o uno.

Los computadores cuánticos, por su parte, pueden tener un estado que es simultáneamente cero y uno, lo que se conoce como superposición, y esto es lo que sustenta la promesa de la computación cuántica de resolver problemas que no son manejables para nuestras computadoras clásicas.

Muchos de los computadores cuánticos existentes se basan en sistemas electrónicos superconductores, donde los electrones fluyen sin resistencia a temperaturas extremadamente bajas. En estos sistemas, cuando la naturaleza cuántico-mecánica de los electrones fluye a través de resonadores, crean qubits superconductores.

Estos qubits son excelentes para ejecutar las operaciones lógicas requeridas para la computación. Pero no son realmente buenos para almacenar información, la cual se representa mediante descriptores matemáticos de sistemas cuánticos específicos.

Para aumentar los tiempos de almacenamiento de los estados cuánticos, los ingenieros han estado investigando la construcción de ‘memorias cuánticas’ para qubits superconductores.

Un equipo de científicos de Caltech ha adoptado una ruta híbrida para estas memorias cuánticas.

La información eléctrica se convirtió eficazmente en sonido mediante este enfoque. Para traducir la información cuántica en ondas sonoras, utilizaron un dispositivo diminuto que actúa como un diapasón miniatura.

Esto permitió que la vida útil de los estados cuánticos se extendiera hasta treinta veces más que otras técnicas, sentando las bases para computadoras cuánticas escalables y prácticas con la capacidad no solo de calcular sino también de recordar.

“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, profesor asistente de ingeniería eléctrica y física aplicada en Caltech

Con el apoyo financiero de la National Science Foundation y la Air Force Office of Scientific Research, el estudio fue liderado por los estudiantes de posgrado de Caltech Alkim Bozkurt y Omid Golami y se publicó en la revista Nature Physics.

Detalló la fabricación de un qubit superconductor en un chip, que luego se conectó a un pequeño dispositivo denominado oscilador mecánico.

Un oscilador mecánico es un sistema que muestra movimiento oscilatorio. Es esencialmente un diapasón miniatura, que, en el caso de este estudio, consiste en placas flexibles. Estas placas se hacen vibrar mediante ondas sonoras a frecuencias de gigahercios (GHz).

Cuando el equipo colocó una carga eléctrica en esas placas flexibles, pudieron interactuar con señales eléctricas que transportaban información cuántica, permitiendo que se transmitiera al dispositivo para almacenarse como una “memoria” y luego ser transmitida fuera o “recordada” más tarde.

Los investigadores midieron cuánto tiempo tardaba el oscilador en perder su contenido cuántico una vez que la información ingresó al dispositivo.

“Resulta que estos osciladores tienen una vida útil aproximadamente 30 veces más larga que los mejores qubits superconductores existentes.”

– Mirhosseini

Este método de construir una memoria cuántica tiene varios beneficios frente a otras técnicas. Las ondas acústicas, por ejemplo, viajan mucho más despacio que las ondas electromagnéticas, lo que permite dispositivos más compactos.

Las ondas electromagnéticas (EM) son ondas transversales de campos eléctricos y magnéticos oscilantes que transportan energía a través del espacio. Se generan por la aceleración de partículas cargadas y abarcan un espectro que incluye ondas de radio, microondas, infrarrojo, luz visible, ultravioleta, rayos X y rayos gamma.

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Todas las ondas EM viajan a la velocidad de la luz en el vacío y no requieren un medio para propagarse.

Mientras tanto, las ondas acústicas son ondas mecánicas, como las ondas sonoras, que transmiten energía a través de un medio como sólido, líquido o gas al hacer vibrar, comprimir y expandir las partículas del medio. Estas ondas se caracterizan por propiedades como frecuencia, amplitud y longitud de onda. Las ondas acústicas abarcan un rango de frecuencias, incluyendo infrasonido y ultrasonido.

Debido a que las vibraciones mecánicas, a diferencia de las ondas EM, no se propagan en el espacio libre, la energía no se escapa del sistema y puede quedar más fuertemente confinada dentro de un medio, lo que permite tiempos de almacenamiento prolongados y mitiga el intercambio de energía no deseado entre dispositivos cercanos.

Estos beneficios ofrecen la posibilidad de incluir muchos de esos diapasones en un solo chip, proporcionando una forma escalable de memorias cuánticas.

El estudio, según Mirhosseini, muestra una interacción mínima entre ondas acústicas y electromagnéticas necesaria para evaluar el valor de este sistema híbrido como elemento de memoria.

“Para que esta plataforma sea realmente útil para la computación cuántica, necesitas poder introducir datos cuánticos en el sistema y extraerlos mucho más rápido. Y eso significa que debemos encontrar formas de aumentar la tasa de interacción en un factor de tres a diez más allá de lo que nuestro sistema actual es capaz de lograr,” dijo Mirhosseini. “Y el equipo tiene ideas sobre cómo lograrlo.”

Hardware y software cuántico: camino hacia el uso comercial

El nuevo dispositivo creado por los científicos de Caltech ha estado en desarrollo durante algún tiempo.

Hace un par de años, en su trabajo anterior, el equipo mostró que el sonido, especialmente los fonones, que son partículas individuales de vibración al igual que los fotones, podrían proporcionar una forma sencilla de almacenar información cuántica.

En ese momento, el grupo de Mirhosseini mostró el nuevo método en el laboratorio, donde exploraron los fonones debido a la relativa facilidad de construir dispositivos pequeños que pueden almacenar estas ondas mecánicas.

El equipo probó dispositivos en experimentos que parecían adecuados para combinarse con qubits superconductores, ya que operan a las mismas frecuencias muy altas de GHz.

Los humanos escuchan en el rango de hertz a kilohertz (hasta ~20 kHz), mientras que los dispositivos operan en gigahercios (miles de millones de ciclos por segundo), aproximadamente 50 000 veces mayor en frecuencia.

Los dispositivos probados también tenían largas vidas útiles y funcionaron bien a las bajas temperaturas requeridas para preservar los estados cuánticos con qubits superconductores.

Como señaló Mirhosseini en ese momento, otros estudios han investigado los piezoeléctricos, un tipo especial de material, como una forma de convertir energía mecánica en energía eléctrica en aplicaciones cuánticas. Él añadió:

“Sin embargo, estos materiales tienden a causar pérdida de energía para ondas eléctricas y sonoras, y la pérdida es un gran obstáculo en el mundo cuántico.”

La novedosa técnica desarrollada por el equipo de Caltech, en contraste, no depende de propiedades particulares de los materiales y, como tal, es adecuada para los dispositivos cuánticos basados en microondas ya establecidos.

Construir dispositivos de almacenamiento efectivos con un tamaño compacto es otro desafío para quienes exploran aplicaciones cuánticas.

Este desafío también se aborda con el nuevo método, que “permite el almacenamiento de información cuántica de circuitos eléctricos durante duraciones dos órdenes de magnitud más largas que otros dispositivos mecánicos compactos,” dijo el autor principal del estudio, Bozkurt, estudiante de posgrado del grupo de Mirhosseini.

Aunque la plataforma de ondas sonoras de Caltech es prometedora, es solo una parte de un esfuerzo de investigación mucho mayor que se lleva a cabo en todo el mundo en diversas instituciones. Los científicos están probando métodos diversos para superar los desafíos de las computadoras cuánticas.

Por ejemplo, investigadores de la Universidad del Sur de California han recurrir a las matemáticas².

Están usando neglectones para resolver algunos de los problemas con qubits topológicos. Esta clase de partículas teóricas, que reciben su nombre por la forma en que fueron derivadas de matemáticas teóricas pasadas por alto, podría abrir una nueva vía hacia la realización experimental de computadoras cuánticas topológicas universales.

“Mi objetivo es presentar un caso lo más convincente posible a otros investigadores de que el marco no semisimple no solo es válido sino también un enfoque emocionante para comprender mejor la teoría cuántica.”

– Coautor Aaron Lauda

Mientras tanto, en otro enfoque, los científicos están controlando la luz emitida por puntos cuánticos, lo que puede conducir a tecnologías cuánticas más baratas, rápidas y, por supuesto, más prácticas.

Para ello, la colaboración de investigación encontró un nuevo método que se basa en la excitación estimulada de dos fotones, permitiendo que los puntos cuánticos emitan corrientes de fotones en estados de polarización distintos sin necesidad de hardware de conmutación electrónica. Cuando se probó, los investigadores pudieron producir con éxito excelentes estados de dos fotones mientras mantenían notables propiedades de fotón único.

“Lo que hace que este enfoque sea particularmente elegante es que hemos trasladado la complejidad de los componentes electrónicos costosos y que inducen pérdidas después de la emisión del fotón único a la etapa de excitación óptica, y es un paso significativo hacia la creación de fuentes de puntos cuánticos más prácticas para aplicaciones del mundo real.”

– Investigador principal, Vikas Remesh

Luego está el equipo del Grainger College of Engineering de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, que presentó un diseño modular de alto rendimiento para procesadores cuánticos superconductores con ~99 % de fidelidad.

La arquitectura modular, a diferencia de los diseños monolíticos restrictivos, ofrece mayor escalabilidad, mejoras más fáciles y resistencia a inconsistencias.

Mientras la mayoría de los esfuerzos continúan enfocándose claramente en la parte de hardware de las computadoras cuánticas, ahora se observa un cambio hacia el software, ya que la gente cree que la tecnología está “a punto de volverse comercialmente viable”, y por lo tanto necesita que se haga algo útil con ella.

En relación con eso, la empresa de algoritmos cuánticos Phasecraft recaudó 34 millones de dólares de varios inversores, incluida la compañía de inversión vinculada al gigante farmacéutico danés Novo Nordisk (NVO ).

Los algoritmos de Phasecraft, su CEO Ashley Montanaro, cree, podrán ejecutar cálculos “científicamente importantes” para la “próxima primavera”, y algunas aplicaciones comercialmente útiles podrían estar disponibles “dentro de los próximos dos años”.

Ahora hay un creciente interés en los algoritmos. Recientemente, un investigador de Google afirmó haber ideado una reducción de 20 veces en la escala de una computadora cuántica necesaria para ejecutar el algoritmo de Shor, que puede usarse para romper las formas de cifrado más utilizadas hoy en día.

En respuesta, el desarrollador Hunter Beast ha introducido BIP 360 en un intento de hacer que Bitcoin (BTC) sea resistente a la computación cuántica.

Mientras tanto, la empresa de computación cuántica Norma validó el rendimiento de sus algoritmos de IA cuántica para el desarrollo de fármacos usando NVIDIA CUDA‑Q, observando velocidades computacionales aproximadamente 73 veces más rápidas.

Invertir en computación cuántica

Muchas grandes compañías están realizando investigaciones en computación cuántica superconductora, e incluyen a IBM (IBM ), Intel (INTC ) y muchas más. Pero hoy, analizaremos Honeywell International (HON ), que está profundamente involucrada en la computación cuántica a través de su participación mayoritaria en Quantinuum.

Quantinuum, una Honeywell International (HON ) Empresa

Quantinuum es una empresa de computación cuántica formada en 2021 por la fusión de Cambridge Quantum y Honeywell Quantum Solutions. Con el fin de acelerar el desarrollo de computadoras cuánticas tolerantes a fallos, ha asegurado financiación de inversores como JPMorgan Chase.

El año pasado, demostró los qubits lógicos más fiables registrados. Quantinuum aplicó el innovador sistema de virtualización de qubits de Microsoft, con diagnóstico y corrección de errores, a su hardware de trampa de iones para ejecutar más de 14 000 experimentos individuales sin un solo error.

El mes pasado, Quantinuum lanzó dos nuevos componentes de software de código abierto, incluido Guppy, un lenguaje alojado dentro de Python, que su CEO, Rajeeb Hazra, ha descrito como “un cambio de paradigma para los desarrolladores”, y un emulador llamado Selene, que es un “gemelo digital” que imita el comportamiento cuántico para que los programadores prueben y depuren su código.

La nueva plataforma de pila completa se prepara para el próximo lanzamiento de la computadora cuántica de próxima generación de Quantinuum, Helios.

Así, la empresa está impulsando avances tanto en hardware cuántico como en software con sus actividades de investigación y comerciales dirigidas a IA, ciberseguridad, simulación química y otras aplicaciones.

A través de Quantinuum, Honeywell ha avanzado los computadores cuánticos de iones atrapados, que utilizan iones atrapados electromagnéticamente como qubits para cálculos de alta fidelidad, para clientes en varios sectores, incluidos salud, finanzas y servicios públicos.

La empresa operativa integrada está principalmente involucrada en tres megatendencias, que son automatización, aviación y transición energética. Mientras tanto, sirve a través de algunos segmentos clave:

• Tecnologías aeroespaciales
• Automatización industrial
• Automatización de edificios y energía
• Soluciones de sostenibilidad

Con una capitalización de mercado de 139,36 mil millones de dólares, las acciones de HON, al momento de escribir, cotizan a 218,40 $, con una caída del 2,83 % en lo que va del año. Tiene un EPS (TTM) de 8,79 y un P/E (TTM) de 24,96. El rendimiento de dividendos, mientras tanto, es del 2,06 %.

En cuanto a finanzas, Honeywell reportó ventas de 10,4 mil millones de dólares para el segundo trimestre de 2025. Las ganancias por acción fueron 2,45 $, y el EPS ajustado fue 2,75 $.

Durante este período, la empresa completó una venta de negocio de EPP por 1,3 mil millones de dólares, cerró la adquisición de Sundyne por 2,2 mil millones de dólares y anunció una adquisición de 1,8 mil millones de libras del negocio de Tecnologías de Catalizadores de Johnson Matthey. La compañía también recompró 1,7 mil millones de dólares de sus acciones.

El CEO Vimal Kapur destacó la importancia de ofrecer “resultados sobresalientes” tanto con el crecimiento orgánico como con el EPS ajustado superando las previsiones a pesar de la macroeconomía impredecible.

“Con la Automatización de edificios liderando el camino, tres de cada cuatro segmentos crecieron sus ventas en más del 5 % en el trimestre, demostrando el poder de nuestro sistema operativo Accelerator para adaptarse rápidamente y impulsar el crecimiento incluso cuando las condiciones del negocio cambian,” dijo Kapur mientras señalaba “resultados prometedores de nuestro mayor enfoque en la innovación de nuevos productos, lo que apoyó aún más el crecimiento de nuestro récord de pedidos pendientes.”

Conclusión

La computación cuántica puede conducir a avances significativos en IA, salud, ciencia de materiales, ciberseguridad y otras industrias. Pero el progreso de esta tecnología depende no solo del rendimiento de los qubits, sino también de la capacidad de almacenar información cuántica de manera fiable.

La plataforma de Caltech ofrece un plan para lograr eso. Al integrar la computación y la memoria en un solo chip, el nuevo desarrollo está acercando el campo a aplicaciones del mundo real.

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Referencias:

1. Bozkurt, A. B., Golami, O., Yu, Y., Tian, H., & Mirhosseini, M. (2025). Una memoria cuántica mecánica para fotones de microondas. Nature Physics, (publicación en línea anticipada), publicado el 13 de agosto de 2025. Recibido el 10 de enero de 2025; aceptado el 17 de junio de 2025. https://doi.org/10.1038/s41567-025-02975-w

2. Iulianelli, F., Kim, S., Sussan, J., et al. (2025). Computación cuántica universal usando anyones de Ising de una teoría cuántica de campo topológico no semisimple. Nature Communications, 16, 6408, publicado el 05 de agosto de 2025. Recibido el 13 de octubre de 2024; aceptado el 18 de junio de 2025. https://doi.org/10.1038/s41467-025-61342-8

3. Karli, Y., Avila Arenas, I., Schimpf, C., et al. (2025). Generación pasiva demultiplexada de estados de dos fotones a partir de un punto cuántico. npj Quantum Information, 11, 139, publicado el 11 de agosto de 2025. Recibido el 10 de abril de 2025; aceptado el 25 de julio de 2025. https://doi.org/10.1038/s41534-025-01083-0

4. Mollenhauer, M., Irfan, A., Cao, X., et al. (2025). Una red elemental de alta eficiencia de dispositivos de qubits superconductores intercambiables. Nature Electronics, 8, 610–619, publicado el 27 de junio de 2025 (fecha de la edición julio 2025). Recibido el 08 de septiembre de 2024; aceptado el 23 de mayo de 2025. https://doi.org/10.1038/s41928-025-01404-3