Un ordenador cuántico promete acelerar ciertos cálculos que hoy son lentísimos, pero sus piezas básicas, los qubits, son delicadas como una pompa de jabón. Basta una interacción mínima con el entorno para que aparezca la decoherencia, ese ruido que empuja al sistema a comportarse “menos cuántico” y más clásico. En la práctica, esa fragilidad se traduce en errores que llegan en momentos inoportunos y sin avisar, como si mientras escribes un documento alguien pulsara teclas al azar.
Los investigadores suelen describir dos fallos típicos. El primero es el bit flip, cuando un qubit cambia inesperadamente de 0 a 1 o de 1 a 0. El segundo es el phase flip, más sutil: no altera el “valor” directamente, sino el signo o fase de una superposición, algo así como si una melodía siguiera teniendo las mismas notas, pero de repente una parte sonara invertida y desacompasada. En un cálculo cuántico real, un solo error en el momento equivocado puede desviar el resultado.
Proteger es posible: el salto de los qubits físicos a los qubits lógicos
Para mitigar esa fragilidad, la ingeniería cuántica lleva años aplicando corrección de errores cuánticos. La idea es contraintuitiva: no se “endurece” un qubit individual, sino que se reparte la información de un qubit en varios qubits físicos, formando un qubit lógico. Es como guardar un secreto dividiendo el mensaje en muchas pistas repartidas entre amigos: si uno se equivoca al repetir su parte, el grupo puede detectar incoherencias.
Este enfoque ha permitido que el almacenamiento sea razonablemente estable durante períodos más largos. El gran escollo aparece cuando toca hacer lo importante: calcular. Un algoritmo cuántico no consiste en tener qubits quietos, sino en aplicar puertas cuánticas (operaciones lógicas) que transforman estados. Y esas operaciones, al interactuar con el hardware, son justo el momento en que el error suele colarse con más ganas.
Por qué el arreglo clásico no sirve: aquí no hay “copiar y pegar”
En informática tradicional, corregir errores se apoya en duplicar información: guardas varias copias de un bit, comparas, votas, corriges. En cuántica, ese comodín se rompe. La información cuántica no puede clonarse de forma general, y pretender “mirarla” directamente suele destruir lo que intentas conservar. Es una situación parecida a intentar comprobar la presión de un globo pinchándolo: el propio acto de verificarlo lo cambia.
El equipo de ETH Zúrich lo resume con claridad: hay que detectar y corregir sin medir directamente el contenido de los qubits de datos. En declaraciones recogidas por ScienceDaily, el investigador Ilya Besedin señalaba que, con qubits, el problema se complica por la imposibilidad de copiar y por la existencia de errores de fase, sin equivalente clásico.
La herramienta estrella: códigos de superficie y estabilizadores
Entre los métodos más usados destaca el código de superficie (surface code). En este esquema, un qubit lógico se construye como una pequeña “baldosa” de qubits físicos dispuestos en una retícula. Dentro de esa baldosa hay qubits de datos (los que contienen la información) y qubits auxiliares dedicados a medir estabilizadores, que actúan como sensores de fallos.
Estos estabilizadores se miden de manera repetida. Si algo cambió entre dos comprobaciones, el patrón de medidas lo delata. Los estabilizadores de tipo Z ayudan a detectar bit flips; los de tipo X se usan para identificar phase flips. Lo crucial es que no se mide el estado de los qubits de datos “a lo bruto”, sino esas relaciones entre ellos, como cuando no preguntas a cada músico qué nota está tocando, sino si todo el conjunto sigue en armonía. Si la armonía se rompe, sabes que pasó algo y puedes inferir dónde corregir.
La barrera práctica: operar con qubits lógicos sin romper la protección
Hasta aquí, proteger mientras se “guarda” funciona. El problema es operar: aplicar una puerta lógica entre dos qubits lógicos manteniendo la protección activa. Sería fácil si los qubits pudieran moverse y conectarse libremente, pero en procesadores superconductores los qubits suelen estar fijos. Normalmente solo interactúan con sus vecinos inmediatos, como vecinos de piso que solo pueden hablar por la pared compartida. Eso limita la forma en que se implementan operaciones complejas, especialmente las que, en algoritmos, se dan por sentadas, como una puerta tipo controlado entre dos registros.
Ahí entra el avance que acaba de mostrar el grupo liderado por Andreas Wallraff (ETH Zúrich), junto a colaboradores del Paul Scherrer Institute y teóricos encabezados por Markus Müller (RWTH Aachen y Forschungszentrum Jülich). Su resultado, publicado en Nature Physics, demuestra una forma de realizar una operación lógica clave mientras la corrección de errores sigue funcionando en paralelo.
Qué es la lattice surgery: “cortar” y “coser” retículas para manipular estados
La técnica se conoce como lattice surgery o “cirugía de retículas”. El nombre le viene perfecto: en lugar de mover qubits como piezas sueltas, se manipula la forma del código de superficie, dividiendo y combinando regiones de la retícula. Es como cortar una pizza en dos sin que deje de ser pizza, solo que aquí el “corte” se hace con mediciones cuidadosamente escogidas, y el resultado no es solo separación: puede crear entrelazamiento.
En el experimento, los investigadores empezaron con un qubit lógico codificado en diecisiete qubits físicos, organizados aproximadamente como un cuadrado. La corrección se realizaba en ciclos regulares: midiendo estabilizadores cada 1,66 microsegundos para vigilar la aparición de errores. Ese ritmo, casi como un metrónomo, mantiene el sistema bajo supervisión constante.
El paso central fue medir tres qubits de datos ubicados en el centro de la retícula. Esa medición actúa como el bisturí: divide el “cuadrado” en dos mitades, creando dos regiones separadas que pasan a representar dos qubits lógicos. Durante ese proceso, los estabilizadores de tipo X se pausaron, mientras la corrección de errores de tipo bit flip siguió activa. El detalle es importante: no es “dejemos de proteger y recemos”, sino “seguimos cuidando una parte del problema mientras ejecutamos la operación”.
El resultado final fue que los dos nuevos qubits lógicos quedaron entrelazados. Dicho de forma cotidiana: al partir una única historia en dos capítulos, ambos capítulos quedan narrativamente conectados; lo que ocurra en uno tiene relación con el otro. En computación cuántica, ese entrelazamiento es un recurso básico para construir puertas lógicas más complejas.
Lo que ya logra y lo que todavía falta para una puerta completa
Este procedimiento, por sí solo, no equivale todavía a una puerta CNOT (controlada-NOT) completa entre dos qubits lógicos. Aun así, es una pieza fundamental: la cirugía de retículas se puede encadenar con otras operaciones de división y unión para obtener puertas universales de forma tolerante a fallos. Besedin lo expresaba con una idea potente: la cirugía de retículas puede verse como la operación central a partir de la cual se construyen muchas otras.
La demostración tiene también un “pero” técnico que conviene entender para dimensionar el avance. Durante la partición, la corrección se mantuvo robusta frente a bit flips, pero para que el proceso sea estable también frente a phase flips haría falta un tamaño mayor: el equipo estima que serían necesarios 41 qubits físicos para que la operación de división de un qubit lógico quede protegida también contra errores de fase. Es el recordatorio de que escalar no es solo “más qubits”, sino “más qubits bien organizados” para sostener la protección mientras se calcula.
Por qué importa: un paso hacia la computación cuántica tolerante a fallos en superconductores
Este trabajo destaca por dos motivos. El primero es conceptual: muestra que se puede avanzar hacia la computación cuántica tolerante a fallos sin separar artificialmente el modo “proteger” del modo “calcular”. En la vida real, un sistema útil tendrá que hacer ambas cosas a la vez, como un coche que no puede apagar el control de estabilidad cada vez que gira una curva.
El segundo motivo es de plataforma: el equipo indica que, hasta donde saben, es la primera vez que se realiza lattice surgery en qubits superconductores. Y eso es relevante porque esta tecnología es una de las candidatas más trabajadas en la industria para procesadores cuánticos escalables, gracias a su compatibilidad con técnicas de fabricación y su velocidad operativa.
No es un punto de llegada, es una señal de rumbo. En 2022, parte del mismo ecosistema científico ya había mostrado corrección de errores repetida en un código de superficie de distancia tres en Nature, construyendo las bases experimentales. La novedad ahora, según el comunicado de ETH Zúrich difundido por ScienceDaily y la publicación en Nature Physics, es enseñar cómo manipular esos qubits lógicos durante una operación manteniendo la disciplina de la corrección en marcha. Si la corrección de errores era el casco, esto se parece a aprender a correr con el casco puesto, sin quitárselo para hacer una pirueta.