Leer la información de un cúbit cuántico suena a algo básico. En la práctica, es uno de los grandes cuellos de botella de la computación cuántica. Y cuando se trata de cúbits de Majorana —diseñados para ser especialmente estables porque “esconden” la información de forma no local—, el problema se vuelve casi paradójico: cuanto mejor protegidos están, más difícil es observarlos.

Ahora, un trabajo internacional con participación del CSIC ha logrado por primera vez leer de forma fiable ese estado cuántico esquivo, marcando un hito para el futuro de los ordenadores cuánticos topológicos.

Por qué los cúbits de Majorana son tan prometedores… y tan problemáticos

Los cúbits de Majorana pertenecen a la familia de los cúbits topológicos. A diferencia de otros enfoques, no almacenan la información cuántica en un punto concreto del dispositivo, sino que la “reparten” entre dos estados especiales conocidos como modos cero de Majorana, situados en extremos distintos de una nanoestructura superconductora. Esta distribución hace que el cúbit sea intrínsecamente robusto frente al ruido local: una perturbación puntual no basta para corromper la información.

Ese mismo diseño, sin embargo, se convierte en su talón de Aquiles experimental. Si la información no está en ningún sitio concreto, ¿cómo se mide? Las técnicas locales tradicionales resultan ciegas al estado global del sistema. Durante años, este dilema ha alimentado el escepticismo sobre si los cúbits de Majorana podrían pasar del laboratorio teórico a una arquitectura funcional de computación cuántica.

La técnica que permite “ver” lo que estaba oculto

El avance publicado en Nature se apoya en una nueva estrategia: la capacitancia cuántica. En lugar de intentar medir una propiedad local, la técnica actúa como una sonda global sensible al estado conjunto de toda la nanoestructura. Es una forma de “escuchar” al sistema completo, no a una de sus partes.

Para ello, el equipo construyó una nanoestructura modular conocida como cadena mínima de Kitaev, una especie de puente superconductor que conecta dos puntos cuánticos semiconductores. En esa arquitectura, los modos de Majorana aparecen de manera controlada en los extremos. Una vez estabilizado el sistema, la sonda de capacitancia cuántica permitió discriminar en una sola medición si el estado cuántico global era par o impar, lo que en términos prácticos equivale a leer un 0 o un 1 cuántico.

El resultado no es solo una proeza técnica. Confirma de forma directa la idea central de la protección topológica: las mediciones locales no “ven” el cúbit, pero una medición global sí puede acceder a la información sin destruirla.

Coherencia, estabilidad y los primeros pasos hacia operaciones reales

Otro aspecto clave del experimento fue la observación de los llamados “saltos de paridad”: cambios aleatorios entre los estados 0 y 1 inducidos por pequeñas interferencias externas. Medir estos saltos permitió estimar el tiempo durante el cual el sistema mantiene su estado de forma estable, una magnitud conocida como coherencia de paridad. El valor obtenido, superior al milisegundo, es modesto en términos humanos, pero enorme para un sistema cuántico.

Ese tiempo de coherencia coloca a los cúbits de Majorana en la antesala de su primera operación coherente real, es decir, la posibilidad de manipularlos de forma controlada sin que pierdan la información en el proceso. No significa que tengamos ordenadores cuánticos topológicos a la vuelta de la esquina, pero sí que una de las barreras conceptuales más duras acaba de caer.

Un paso pequeño en el laboratorio, grande para la arquitectura cuántica

El trabajo combina una metodología experimental desarrollada en la Universidad Técnica de Delft con un fuerte soporte teórico del CSIC, que ha sido clave para interpretar un sistema tan delicado. Es un ejemplo de cómo la computación cuántica avanza no solo con grandes anuncios de “supremacía cuántica”, sino resolviendo problemas muy concretos que, acumulados, cambian el panorama.

Leer un cúbit de Majorana no es todavía construir un ordenador cuántico práctico. Pero es demostrar que estos cúbits, diseñados para ser casi invisibles al ruido, también pueden ser visibles cuando hace falta. Y en el terreno de la computación cuántica, ese equilibrio entre protección y control es justo lo que puede marcar la diferencia entre una promesa elegante y una tecnología que, algún día, funcione fuera del laboratorio.