Un reciente avance del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) plantea una solución a uno de los mayores retos de la computación cuántica: conectar múltiples procesadores sin necesidad de contacto físico directo. Esta innovación podría cambiar radicalmente cómo se diseñan los ordenadores cuánticos del futuro, allanando el camino hacia sistemas más escalables, eficientes y menos propensos a errores. Si te interesa la computación cuántica, puedes leer más sobre qué es la comunicación cuántica.
En lugar de seguir confiando en conexiones físicas punto a punto —las cuales introducen ruido y errores a medida que aumenta la distancia o el número de nodos—, los investigadores han desarrollado un nuevo sistema que permite a los chips cuánticos intercambiar información usando fotones de microondas. Este mecanismo aprovecha el fenómeno del entrelazamiento cuántico para crear una interconexión sin contacto físico entre estos módulos.
Una «autopista cuántica» a través de una guía de ondas superconductor
El componente central de esta innovación es un cable superconductor que actúa como una guía de ondas. Este canal permite trasladar fotones entre distintos módulos cuánticos sin necesidad de cables adicionales o contacto directo. Cada módulo está equipado con cuatro cúbits que hacen las veces de interfaz entre la guía de ondas y el procesador principal.
Los fotones viajan a través de esta guía de forma controlada, y son emitidos y recogidos por los cúbits según la dirección predefinida. Esta flexibilidad reduce notablemente las limitaciones de las configuraciones actuales, que solo permiten conexiones entre nodos cercanos.
Aziza Almanakly, estudiante de posgrado en el MIT y autora principal del estudio, explicó que este sistema “permite conexiones flexibles en distintas frecuencias, tiempos e incluso direcciones”, lo que abre la puerta a arquitecturas más dinámicas y adaptables. Este desarrollo se suma a otros avances en el ámbito de los chips fotónicos cuánticos.
Entrelazamiento distante: entre lo teórico y lo práctico
Uno de los aspectos más llamativos del experimento ha sido la implementación de una técnica para llevar a cabo el entrelazamiento cuántico a distancia. Para ello, los investigadores desarrollaron un método que consiste en detener el envío de fotones justo a la mitad de su emisión. De esta manera, el fotón no está ni emitido ni retenido por completo, lo que en términos cuánticos se traduce en estar en ambos estados a la vez.
El resultado es que, en cuanto el módulo receptor absorbe esta “mitad del fotón”, ambos sistemas quedan entrelazados. Esto significa que sus estados quedan sincronizados cuánticamente, lo que les permite compartir información sin que exista una conexión física directa entre ellos. Este avance ofrece un gran potencial para aplicaciones futuras, como el chip cuántico Ocelot de AWS.
Este fenómeno ya había sido observado de forma teórica o en condiciones de laboratorio altamente controladas, pero no se había logrado integrarlo de forma tan funcional en un sistema práctico de interconexión de procesadores cuánticos.
Reducción de errores con algoritmos de aprendizaje automático
Uno de los mayores problemas de la computación cuántica es la alta tasa de errores debida a la sensibilidad extrema de los cúbits y la interferencia del entorno. En este proyecto, parte del éxito radica en un algoritmo basado en inteligencia artificial que ayudó a mejorar la forma del fotón emitido y su posterior absorción por parte del módulo receptor.
El algoritmo utilizó técnicas de aprendizaje por refuerzo para ajustar los pulsos microondas que controlan los cúbits. Este ajuste permite que el fotón viaje con una forma precisa que maximiza su probabilidad de ser absorbido sin distorsión. Tras aplicar esta técnica, los investigadores lograron una tasa de absorción del 60 %, superando con creces las tasas habituales logradas con otras tecnologías.
Este nivel de eficiencia no solo demuestra la viabilidad del sistema, sino que también plantea la posibilidad de su expansión a redes más grandes y complejas. Según los autores, implementar múltiples módulos siguiendo este esquema permitiría diseñar redes cuánticas con una arquitectura “todos a todos”, sin necesidad de añadir enlaces físicos adicionales. Esta idea está alineada con las perspectivas sobre la computadora cuántica Aurora.
Aplicaciones potenciales y visión futura
El sistema desarrollado por el MIT no se limita a dos chips cuánticos. Su diseño modular permite agregar múltiples procesadores a lo largo de la misma guía de ondas. Al estar basados en un protocolo común y flexible, estos módulos pueden comunicarse con cualquiera de los otros sin necesidad de configurar conexiones exclusivas o reestructurar el hardware existente.
De hecho, gracias a esta propiedad de conectividad generalizada, los expertos apuntan a que el sistema podría adaptarse para crear el futuro internet cuántico. Este tipo de redes distribuiría información cuántica entre ordenadores, sensores o nodos de forma segura y prácticamente en tiempo real.
Además, el método de entrelazamiento remoto podría ser útil en sistemas híbridos, donde se combinen varios tipos de cúbits (como los de trampa de iones o los basados en átomos neutros) en una misma red. Aunque aún queda mucho por desarrollar para llegar a esa meta, los fundamentos demostrados por el MIT suponen un paso clave. La combinación de estos chips cuánticos podría redefinir el futuro de la computación cuántica en China.
Beatriz Yankelevich, otra de las investigadoras involucradas, explica que “incluso después de que el fotón haya completado su recorrido, los cúbits permanecen correlacionados, lo que permite operaciones paralelas en chips distantes, como si estuviesen al lado”.
Entre las futuras mejoras que barajan los investigadores está la incorporación de módulos tridimensionales, que sustituirían al clásico cable superconductor por estructuras más compactas y con menos puntos de pérdida. También se trabaja en acortar el protocolo de comunicación para minimizar la acumulación de errores durante cada transmisión.
Este estudio ha sido publicado en la revista Nature Physics y ha contado con el apoyo de entidades como el Centro de Computación Cuántica de AWS, la Oficina de Investigación del Ejército de Estados Unidos y la Oficina de Ciencia de la Fuerza Aérea.
Gracias a las múltiples innovaciones introducidas por el MIT, desde la creación de un bus cuántico sin contacto hasta el uso de algoritmos de IA para optimizar la transmisión de información, el panorama de la computación cuántica da un giro importante. Este avance no solo mejora la comunicación entre chips sueltos, sino que insinúa cómo podrían ser los próximos ordenadores cuánticos capaces de escalar sin las limitaciones físicas actuales. La posibilidad de entrelazar cúbits a distancia, enviar datos de forma flexible y reducir errores da lugar a arquitecturas mucho más viables para su uso práctico en el ámbito científico, industrial e incluso en campos como la criptografía o la inteligencia artificial.
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