Microsoft dice que su nueva y extraña partícula podría mejorar las computadoras cuánticas

Los investigadores de Microsoft han hecho una afirmación controvertida de que han visto evidencia de una partícula esquiva que podría resolver algunos de los mayores dolores de cabeza de la computación cuántica, pero algunos expertos cuestionan el hallazgo.

Las computadoras cuánticas procesan información utilizando bits cuánticos o qubits, pero las iteraciones actuales pueden ser propensas a errores.

«Lo que el campo necesita es un nuevo tipo de qubit», dice Chetan Nayak de Microsoft Quantum.

Él y sus colegas dicen que han dado un paso importante hacia la construcción de qubits a partir de cuasipartículas, que no son partículas reales sino vibraciones colectivas que pueden surgir cuando partículas como los electrones actúan juntas. Las cuasipartículas en cuestión se denominan modos cero de Majorana, que actúan como su propia antipartícula y tienen carga y energía cero. Esto los hace resistentes a las perturbaciones, por lo que pueden crear qubits de una confiabilidad sin precedentes, pero también los hace notoriamente difíciles de encontrar.

Los investigadores de Microsoft afirman que los dispositivos que construyeron exhibieron comportamientos consistentes con los modos cero de Majorana. Los componentes principales de cada dispositivo eran un cable semiconductor extremadamente delgado y una pieza de aluminio superconductor.

Esta no es la primera vez que Microsoft afirma haber encontrado los modos cero de Majorana. Un artículo de 2018 de otro grupo de investigadores de la compañía fue eliminado de la revista científica. Naturaleza en 2021 después de que no aguantó en el examen En ese momento, Sergey Frolov de la Universidad de Pittsburgh en Pensilvania y sus colegas descubrieron que las imperfecciones en el cable semiconductor podían producir efectos cuánticos fácilmente confundidos con los modos cero de Majorana.

“Para ver los modos cero de Majorana, el cable tiene que ser como un camino muy largo, muy parejo y sin baches. Si hay un lío en el cable, los electrones pueden quedar atrapados en estas imperfecciones y adoptar estados cuánticos que imitan los modos cero de Majorana”, dice Frolov.

En el nuevo experimento, el equipo utilizó una prueba más compleja llamada protocolo de brecha topológica. Para pasar la prueba, un dispositivo debe mostrar simultáneamente las firmas de los modos cero de Majorana en cada extremo del cable y también mostrar que los electrones están en un rango de energía donde emerge un tipo particular de superconductividad.

“En lugar de buscar una sola firma particular de los modos cero de Majorana, buscamos un mosaico de firmas”, explica Nayak.

Los investigadores probaron este protocolo en cientos de simulaciones por computadora de dispositivos, que tuvieron en cuenta todas las impurezas en los cables, antes de usarlo en datos experimentales. Nayak dice que calcularon que para cualquier dispositivo que pasara el protocolo de brecha topológica, la probabilidad de que en realidad no hubiera un modo Majorana cero en su interior era inferior al 8%.

No todos los investigadores en el campo están convencidos. Henry Legg de la Universidad de Basilea en Suiza y sus colegas publicaron recientemente una serie de cálculos que muestran que las impurezas en los cables pueden engañar a esta prueba. «El protocolo de brecha topológica tal como se implementa actualmente ciertamente no está libre de lagunas», dice.

Frolov dice que algunos detalles implican que lo que parecen ser modos cero de Majorana resultarían ser un efecto desordenado si el experimento se repitiera con mediciones aún más sensibles. Estos incluyen pequeñas diferencias entre las medidas de los bordes izquierdo y derecho del cable, así como las medidas de las energías de los electrones; las mismas energías pueden indicar la aparición de modos cero de Majorana o electrones que atrapan suciedad.

Anton Akhmerov de la Universidad Tecnológica de Delft en los Países Bajos dice que para él el nuevo experimento no es una prueba viable de que se hayan detectado modos cero de Majorana hasta que otro equipo de investigadores lo reproduzca. Pero eso puede ser difícil porque algunos detalles sobre cómo se fabricaron los dispositivos de Microsoft no se han publicado debido al secreto comercial, dice.

El equipo de Microsoft ya tiene como objetivo hacer que el dispositivo sea más complejo y más parecido a una computadora cuántica. «Estamos lo suficientemente convencidos de que queremos que nuestro próximo paso sea construir un qubit real. Esta será la mejor manera de hacer que los escépticos sean menos escépticos», dice Nayak.

Matthias Troyer de Microsoft dice que el descubrimiento es un paso hacia la construcción de una supercomputadora cuántica capaz de realizar miles de millones de operaciones confiables por segundo.

Incluso si la conclusión se mantiene, queda una duda sobre la utilidad de tales qubits. “La evidencia de los modos cero de Majorana en los cables cuánticos se ha buscado con entusiasmo durante más de 10 años, y me complace ver este progreso reciente. Sin embargo, las imperfecciones materiales continúan limitando el rendimiento de estos dispositivos”, dice John Preskill del Instituto de Tecnología de California.

Los sujetos:

• computación cuántica/
• física cuántica