Foto: Hardware de los laboratorios de Charlie Marcus en la Universidad de Copenhague, que forma parte del proyecto de computación cuántica de Microsoft.

En el pasado, el ejecutivo de Microsoft Todd Holmadahl ha liderado equipos responsables de la creación de nuevos productos de hardware de computación muy rentables. Pero su último proyecto es el primero que incluso podría valerle un Premio Nobel de Física, además de nuevos ingresos, en caso de tener éxito.

Holmdahl fue el supervisor del diseño del hardware de las consolas Xbox y Xbox 360, que cada año generan miles de millones de euros para Microsoft. A finales de 2016, fue seleccionado para liderar un creciente grupo de matemáticos, físicos e ingenieros que intentan completar el abanico de productos de computación de la compañía con potentes ordenadores basados en la física cuántica. Holmdahl habla sobre la computación cuántica igual que los ejecutivos hablan sobre una nueva línea de negocio, no como un proyecto de física especulativa ni de I+D.

El experto afirma: "Personalmente, soy competitivo, y todo mi historial consiste en producir productos. Tenemos una línea visual hasta un producto comercial".

Pero si se echa un vistazo a la computación cuántica, esa afirmación resulta sorprendente. Mientas que Google, IBM e incluso algunas start-ups han demostrado prototipos de hardware capaces de procesar datos (ver TR10: Ordenadores cuánticos funcionales), Microsoft no está para nada cerca de ese hito.

El equipo de Holmdahl ha adoptado un enfoque distinto para el hardware cuántico basado en la manipulación de una partícula subatómica llamada fermión de Majorana. Sin embargo, la comunidad física ni si quiera está segura de haber visto alguna vez dicha partícula. Recibió su nombre en honor al hombre que predijo su existencia, el físico italiano Ernesto Majorana, que en 1938 vació su cuenta bancaria, se subió a un ferri y desapareció sin dejar rastro.

Mientras Google e IBM trabajan en sus próximos prototipos, los físicos de Microsoft intentan desarrollar el primer dispositivo capaz de aislar y codificar un único bit de datos con la partícula que predijo Majorana. Pero Holmdahl se niega aceptar que su empresa tiene pocas probabilidades de ser la primera en llegar al mercado, sino todo lo contrario. El responsable apostilla: "De hecho, yo creo que sí seremos nosotros".

UN HARDWARE QUISQUILLOSO

Los ordenadores cuánticos están compuestos por unidades denominadas cúbits, que representan los datos mediante una física que solo se puede observar a escalas muy diminutas. Las empresas tecnológicas e inversores llevan millones invertidos en esta tecnología porque a escala cuántica, las partículas y los datos pueden hacer cosas imposibles dentro de nuestra realidad a tamaño humano. Esto significa que algunos cálculos que un ordenador convencional tardaría siglos en completar, podrían ser ejecutados en cuestión de segundos con un ordenador cuántico. Google y otros actores esperan emplear los ordenadores cuánticos para alimentar el aprendizaje automático, y alquilarlos para resolver problemas de química y ciencia de materiales (ver Los químicos podrían ser los primeros en beneficiarse de los ordenadores cuánticos).

El problema es que, aunque los cúbits pueden ser construidos de varias maneras (las más avanzadas están basadas en circuitos metálicos superconductores o iones metálicos que flotan dentro de campos magnéticos), todas son poco fiables dada la delicadeza extrema de los estados cuánticos. El mes pasado, IBM anunció el chip más grande jamás producido entre las empresas que disputan la carrera por lograr un ordenador cuántico de uso general, un chip con tan solo 17 cúbits. Pero para ser verdaderamente útil, un ordenador cuántico probablemente necesitaría miles o millones de estas unidades.

El proyecto de Microsoft es una enorme apuesta por que los cúbits basados en el esquivo fermión de Majorana resulten mucho más fiables, y por tanto más fáciles de integrar en grandes conjuntos. La teoría de la computación cuántica topológica predice que los datos grabados en las partículas por un cúbit topológico resistirán a las mismas perturbaciones que destruirían cualquier cosa almacenada en un cúbit convencional (ver El viaje lento y rápido de la computación cuántica).

La profesora adjunta de física teórica del Instituto de Tecnología de California (EEUU) Xie Chen afirma: "Cuando descubramos la forma de crear cúbits topológicos podremos alimentar la computación. El problema es: ¿somos si quiera capaces de crear un solo cúbit?". Ahora mismo, dice que los físicos experimentales están parcial pero no totalmente seguros de que las partículas necesarias se hayan visto alguna vez.

LA GRAN APUESTA

Cuando Holmdahl se unió al proyecto de Microsoft a finales de 2016, también se incorporaron dos físicos experimentales líderes que intentan aclarar esa incertidumbre: el investigador de la Universidad de Copenhague (Dinamarca) Charlie Marcus, y el de la Universidad Delft (Holanda) Leo Kouwenhoven. Aunque ambos siguen trabajando en sus laboratorios universitarios, están recibiendo equipos de ingenieros de Microsoft y aparatos para trabajar en la misión cuántica de la empresa.

Kouwenhoven ha hecho algunas observaciones potenciales de fermiones de Majorana al final de unos nanocables semiconductores cuidadosamente diseñados. Ahora está colaborando con otros físicos de Microsoft en el diseño de estructuras alternativas en las que confían para hacer una detección indiscutible de las partículas y poder manipularlas. Esto daría lugar a los primeros cúbits topológicos funcionales. En lugar de emplear diminutos alambres, dependen de hojas planas de material semiconductor.

Holmdahl señala que ese método es compatible con las técnicas de fabricación electrónica establecidas, por lo que, si la empresa logra un primer cúbit topológico, podrá crear dispositivos más grandes mucho más deprisa que los grupos que trabajan con los delicados cúbits actuales. El responsable detalla: "Nuestra hoja de ruta nos permitirá pasar de unos pocos cúbits hasta varios miles de cúbits".

Microsoft también tiene un grupo de investigación en su campus en Redmond (EEUU) que investiga los posibles usos de estos cúbits. Una de sus actividades consiste en averiguar exactamente cuántos cúbits serán necesarios para ejecutar trabajos útiles en áreas como el aprendizaje automático y las simulaciones químicas.

La responsable de este equipo, Krysta Svore, explica que hay un resultado reciente que podría de hacer trizas esa cifra, tanto para Microsoft como para sus rivales. Sus investigadores han averiguado cómo reducir el número de cúbits necesarios para ejecutar una operación crucial para los algoritmos cuánticos. La experta afirma que sus resultados "prometen que podríamos ejecutar grandes algoritmos mucho antes".

El hecho de que Microsoft publique sus resultados abiertamente, lo que favorece a todo el campo, es uno de los motivos por los que el profesor de la Universidad de Tejas en Austin (EEUU) Scott Aaronson apoya el proyecto de la empresa, aunque no tiene claro que vaya a dar resultado. El experto matiza: "Microsoft está realizando una enorme apuesta. Existe al menos una esperanza plausible de que la computación cuántica topológica pueda saltarse los [cúbits] superconductores y la computación cuántica de trampa de iones una vez que funcione, pero también es cierto que las técnicas de superconducción y trampa de iones llevan mucha ventaja".

En respuesta a la pregunta de cuándo cree que Microsoft podrá lograr su primer cúbit topológico, Holmdahl, que tiene 52 años, afirmó: "Yo me voy a jubilar en breve. Creo que será antes de eso".