Los ordenadores cuánticos prometen realizar cálculos aplicables al desarrollo de fármacos, la modelización del clima o las finanzas en un tiempo drásticamente menor que los mejores superordenadores actuales. Para que sean realmente útiles, requieren una capacidad de procesamiento mucho mayor que la disponible a día de hoy. Una de las estrategias para conseguirlo es miniaturizar estos sistemas para poder conseguir una mayor capacidad de información en el mismo volumen, pero este proceso implica técnicas de fabricación avanzadas que pueden introducir imperfecciones y ruido en el sistema.

El trabajo de González Tudela junto con Iñaki García Elcano, Jaime Merino y Jorge Bravo-Abad, publicado en Science Advances, propone una vía prometedora para lograr que estos chips cuánticos sean más resistentes a las imperfecciones. La clave está en emplear un tipo novedoso de material capaz de transportar fotones (partículas de luz) de manera fiable incluso aunque el material contenga imperfecciones.

Estos fotones se pueden usar para establecer entrelazamiento entre varios sistemas cuánticos, de manera que tengan un comportamiento conjunto que la física clásica no puede explicar. El entrelazamiento es el recurso fundamental en computación cuántica, basada en qubits en lugar de bits. Por ello, tener fotones entrelazados permitiría que el procesamiento de información fuera más robusto.

Explorar el potencial de nuevos materiales

Actualmente existen otras propuestas para generar este entrelazamiento basadas en fotones que se transmiten en el vacío, naturalmente libre de defectos al no contener materia. Sin embargo, es complicado controlar hacia dónde se emiten los fotones en el vacío, por lo que la probabilidad de que lleguen a su destino es limitada. Transmitir los fotones a través de un material permite decidir su dirección. Sin embargo, al igual que ocurriría en un cable doblado que no transmite la electricidad, cualquier imperfección en el material puede poner trabas al recorrido de la luz.

La propuesta publicada supone unir “lo mejor de los dos sistemas”, argumenta González Tudela, y consiste en utilizar materiales fotónicos topológicos. Por un lado, su carácter topológico lo dota de propiedades globales independientes de los pequeños defectos localizados que pueda tener. Por otro, el material guía a los fotones hacia su destino. Así, explica el investigador, los fotones “bordean” las imperfecciones y son capaces de llegar a su destino con una fiabilidad mucho mayor.

“Uno de los retos fundamentales para la computación cuántica ahora mismo es la escalabilidad, es decir, tener muchos qubits conectados y de la manera más flexible posible”, argumenta González Tudela. “Los materiales fotónicos topológicos constituyen una línea prometedora. A nivel práctico podrían servir para fabricar componentes más robustos”, continúa. Pero, además, estos materiales podrían tener propiedades hasta ahora desconocidas: “Al ser investigación fundamental, puede ser que descubramos también algún efecto nuevo”.

La investigación que ahora publica pretende ser un primer paso para explorar el potencial de estos nuevos materiales, y actualmente trabaja en proponer sistemas experimentales concretos dónde llevarla a la práctica. “El objetivo sería convencer a un equipo experimental que esté construyendo este tipo de materiales y que pudiera ver estos efectos en el laboratorio”, afirma, y, a más largo plazo, “que puedan tener impacto real. Ahora mismo, diría que queda mucho para eso… Sin embargo, los experimentos en este campo avanzan a veces más rápido de lo que uno piensa, así que uno nunca sabe”, concluye esperanzado.