El Enemigo Invisible de los Chips Cuánticos: Científicos Logran Visualizar los Defectos que Saboteaban la Computación del Futuro
Durante más de medio siglo, uno de los principales obstáculos que han frenado el avance de la computación cuántica ha permanecido oculto, invisible y esquivo. Bajo condiciones extremas de frío, en dispositivos tan delicados que una simple perturbación puede colapsar sus operaciones, ciertos defectos microscópicos se comportaban como saboteadores silenciosos. Sin embargo, por primera vez en la historia, un equipo internacional de científicos ha logrado detectarlos directamente, marcando un antes y un después en la evolución de los procesadores cuánticos.
Este logro, encabezado por investigadores del National Physical Laboratory (NPL) del Reino Unido en colaboración con la Universidad de Chalmers (Suecia) y Royal Holloway (Universidad de Londres), fue publicado en la revista Science Advances. El hallazgo representa un paso decisivo hacia la creación de ordenadores cuánticos estables, precisos y verdaderamente funcionales.
La amenaza invisible: los defectos TLS
En computación cuántica, la coherencia de los qubits —la capacidad de mantener estados cuánticos superpuestos— es fundamental. Pero este estado es extraordinariamente frágil. En plataformas superconductoras, que operan a temperaturas cercanas al cero absoluto, pequeñas imperfecciones estructurales conocidas como defectos de sistema de dos niveles (TLS, por sus siglas en inglés) han sido señaladas como una de las principales causas de pérdida de coherencia.
Estos TLS actúan como trampas energéticas que absorben y liberan información cuántica de manera errática. Son esencialmente microfluctuaciones estructurales que surgen en los materiales aislantes o en las interfaces entre distintos componentes. Aunque su existencia se teorizó desde hace décadas, hasta ahora sólo podían ser inferidos indirectamente mediante sus efectos sobre el rendimiento de los dispositivos. No se los había observado directamente, lo cual impedía saber con precisión dónde estaban, cómo se comportaban y cómo se podían neutralizar.
Una tecnología pionera para ver lo invisible
El avance fue posible gracias al desarrollo de un sistema experimental sin precedentes, que combina microscopía de compuerta de barrido (Scanning Gate Microscopy o SGM) con condiciones criogénicas extremas. El equipo utilizó un microscopio con una punta metálica nanométrica capaz de generar campos eléctricos locales sobre un resonador superconductor de nitruro de niobio (NbN). La cámara de operación se encontraba a 45 milikelvin —unas milésimas de grado sobre el cero absoluto—, una temperatura necesaria para mantener los estados cuánticos estables.
Cuando la punta del microscopio inducía resonancia en un TLS, éste se manifestaba como un anillo brillante en la imagen obtenida, revelando su posición exacta dentro del circuito. Pero más allá de simplemente localizarlos, los científicos lograron observar cómo cambiaban estos anillos al modificar la distancia de la punta y el voltaje aplicado, deduciendo así la orientación tridimensional del momento dipolar eléctrico de cada defecto.
Este nivel de precisión permitió, por primera vez, mapear con exactitud la ubicación, el comportamiento y la orientación de TLS individuales dentro de un chip cuántico operativo.
Implicaciones para la ingeniería cuántica
Este logro no es simplemente una demostración técnica avanzada; sus consecuencias son profundas. Con la capacidad de visualizar y caracterizar TLS de forma directa, los ingenieros pueden identificar cuáles materiales, interfaces o métodos de fabricación dan origen a estos defectos, y diseñar estrategias para eliminarlos o mitigarlos.
Al comprender cómo se orientan estos defectos y dónde se acumulan con mayor frecuencia —por ejemplo, entre los electrodos del resonador o en ciertas capas dieléctricas—, se puede redirigir el desarrollo de nuevos sustratos, revestimientos y arquitecturas que minimicen la presencia de TLS desde su origen. Esto abre la posibilidad de una nueva generación de chips cuánticos optimizados desde el nivel atómico.
Además, el método empleado es lo suficientemente versátil como para aplicarse en una amplia gama de dispositivos cuánticos, incluyendo transmones, resonadores y circuitos híbridos. Es decir, no se trata de una técnica exclusiva para una sola arquitectura, sino de una herramienta generalizable que puede transformar el diseño cuántico en múltiples frentes.
El salto de la teoría a la realidad
En un contexto donde gigantes tecnológicos como Google, IBM, Intel y startups emergentes compiten por construir el primer ordenador cuántico de uso general, este avance representa una ventaja estratégica fundamental. La computación cuántica ya ha demostrado su potencial teórico para revolucionar campos como la criptografía, la inteligencia artificial, la simulación molecular o la optimización industrial, pero su implementación real ha estado limitada por la inestabilidad de los qubits.
Visualizar los errores estructurales responsables de dicha inestabilidad permite a los científicos y fabricantes ejercer control sobre uno de los factores más impredecibles del hardware cuántico. Ya no se trata solo de aumentar el número de qubits o la fidelidad de las puertas lógicas; se trata de dominar el entorno físico que hace posible esa fidelidad. En ese sentido, el estudio es un hito tanto en ciencia fundamental como en ingeniería aplicada.
Un mapa cuántico detallado para una nueva era
El trabajo también sienta las bases para estudios posteriores que combinen esta microscopía de alta precisión con análisis químicos o estructurales. El objetivo es comprender no solo la ubicación de los TLS, sino su naturaleza química exacta: qué átomos los componen, en qué configuraciones se forman, y qué procesos los activan. Una vez comprendida su composición y comportamiento, será posible intervenir en la producción de chips cuánticos desde el diseño del material hasta el ensamblaje final.
Este enfoque integral posiciona a la computación cuántica en una nueva fase: la de una tecnología madura, capaz de dejar atrás la etapa experimental y avanzar hacia la producción a gran escala con estándares de precisión comparables a los de la microelectrónica clásica, pero con un potencial infinitamente superior.
Este descubrimiento representa más que la solución a un problema técnico. Es el momento en que la computación cuántica deja de ser una promesa sujeta a la incertidumbre de lo invisible, y empieza a ser una ciencia dominada por la observación directa, la manipulación controlada y la ingeniería de precisión. Por fin, la humanidad comienza a ver con claridad el terreno sobre el que construirá su futuro cuántico.
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Referencia científica ⬇️
Science Advances – Visualización de TLS individuales en chips cuánticos
https://www.science.org/doi/epdf/10.1126/sciadv.adt8586
