Equipo de Bar-Ilan, liderado por Beena Kalisky, crea computadora cuántica de escritorio con qubits superconductores para simulación molecular y criptografía.
Avances israelíes en computación cuántica de escritorio
Un equipo de la Universidad Bar-Ilan, liderado por la profesora Beena Kalisky, desarrolla un procesador cuántico compacto que promete transformar la informática avanzada. La iniciativa, en colaboración con investigadores de Francia, Italia, Países Bajos, España y Suecia, se centra en una computadora cuántica de escritorio que utiliza qubits basados en materiales superconductores. En 2023, el equipo reportó progresos significativos en la estabilidad de los qubits, logrando operar a temperaturas criogénicas cercanas al cero absoluto. Este avance acerca la tecnología a aplicaciones prácticas como la simulación molecular y la criptografía avanzada, campos clave para la investigación científica y la seguridad de datos.
El proyecto, conocido como Quantox, recibe financiación de QuantERA, un fondo europeo que agrupa a 31 agencias de 26 países, coordinado por el National Science Centre de Polonia y la Israel Innovation Authority. La gestión comercial está a cargo de BIRAD, la empresa de comercialización de la Universidad Bar-Ilan. A diferencia de los computadores clásicos, que operan con bits binarios (0 o 1), los qubits cuánticos permiten estados de superposición, lo que posibilita cálculos exponencialmente más rápidos con un número reducido de qubits. El procesador compacto israelí busca integrar esta capacidad en un dispositivo accesible para laboratorios y centros de investigación.
Los qubits superconductores del sistema requieren condiciones extremas, como temperaturas de milikelvins, logradas mediante refrigeradores de dilución. El equipo de Kalisky optimizó las interfaces de óxidos bidimensionales para mejorar la coherencia de los qubits, reduciendo la decoherencia, un problema que afecta la estabilidad de los estados cuánticos. En pruebas recientes, los investigadores lograron controlar las frecuencias de los qubits sin comprometer su rendimiento, un paso crucial para evitar interferencias no deseadas entre qubits en un procesador compacto. Este diseño mejora la reproducibilidad y la escalabilidad, desafíos históricos en la computación cuántica.
El enfoque de Bar-Ilan se distingue por su énfasis en la miniaturización. Mientras que los sistemas cuánticos de gran escala, como los de IBM (127 qubits en 2021) o Google (105 qubits en 2024), requieren infraestructuras masivas, el procesador de escritorio apunta a ser una solución práctica para universidades y empresas. En 2024, Israel también anunció un computador cuántico nacional de 20 qubits, desarrollado por la Israel Aerospace Industries y la Hebrew University, lo que refuerza la posición del país en la carrera global por la supremacía cuántica.
Datos clave sobre el procesador cuántico compacto
- Qubits superconductores: Utilizan interfaces de óxidos 2D para mayor estabilidad.
- Temperatura operativa: Cerca del cero absoluto, lograda con refrigeradores de dilución.
- Aplicaciones: Simulación molecular, criptografía y optimización matemática.
- Colaboración: Equipo europeo liderado por Bar-Ilan, financiado por QuantERA.
- Avance de 2023: Control de frecuencias de qubits sin pérdida de rendimiento.
Colaboración internacional y tecnología de vanguardia
La colaboración internacional fortalece el proyecto Quantox. Investigadores europeos aportan experiencia en materiales superconductores y metrología cuántica, mientras que el laboratorio de Kalisky en Bar-Ilan desarrolla sensores magnéticos de alta sensibilidad basados en SQUID (Superconducting Quantum Interference Device). Estos sensores permiten medir fenómenos cuánticos con precisión nanométrica, esenciales para estudiar las propiedades de los qubits. En 2022, el equipo de Kalisky publicó en Nature un estudio que reveló una fase magnética oculta en materiales superconductores, un hallazgo que mejoró el diseño de los qubits actuales.
El procesador compacto utiliza qubits de flujo superconductores, que ofrecen ventajas sobre los qubits transmon, como mayor no linealidad y tiempos de operación más rápidos. Sin embargo, su fabricación ha sido históricamente compleja. En un artículo de 2023 en Physical Review Applied, el equipo demostró una técnica para fabricar qubits de flujo con una reproducibilidad sin precedentes, superando las limitaciones previas. Este avance, financiado por la Israel Science Foundation, permite ajustar las frecuencias de los qubits de manera dinámica, minimizando interferencias y optimizando el rendimiento del procesador.
El impacto del proyecto trasciende la informática. La capacidad de simular moléculas complejas puede acelerar el desarrollo de nuevos fármacos, mientras que la criptografía cuántica promete sistemas de comunicación impenetrables. En el ámbito militar, la Israel Aerospace Industries explora aplicaciones para la defensa, integrando procesadores cuánticos en sistemas de simulación y optimización. El centro QUEST (Quantum Entanglement Science and Technology) de Bar-Ilan coordina estas iniciativas, consolidando a Israel como un líder en tecnología cuántica.
En 2024, el Israel Quantum Computing Center en la Tel Aviv University comenzó a operar con múltiples sistemas cuánticos, incluyendo qubits superconductores y fotónicos. Este centro, financiado con 100 millones de shekels (27 millones de dólares) por la Israel Innovation Authority, alberga el laboratorio criogénico más avanzado del mundo, con 63 líneas de radiofrecuencia y 96 líneas de corriente directa. La infraestructura apoya el desarrollo de procesadores como el de Bar-Ilan, integrando computación cuántica y clásica para aplicaciones prácticas.
Contexto global de la carrera cuántica
La carrera por la supremacía cuántica involucra a gigantes tecnológicos como IBM, Google y Baidu. En 2022, IBM presentó un procesador de 433 qubits, y planea alcanzar 4,158 qubits para 2025. En paralelo, la University of Science and Technology of China desarrolló el procesador Zuchongzhi 3.0 con 105 qubits en 2024, rivalizando con el chip Willow de Google. Estos sistemas, aunque potentes, requieren instalaciones masivas, lo que limita su accesibilidad. El enfoque de Bar-Ilan ofrece una alternativa compacta, ideal para entornos académicos y empresariales.
Los desafíos persisten. La decoherencia, causada por el ruido ambiental, sigue siendo un obstáculo. Los qubits de flujo son especialmente sensibles, pero los avances de Bar-Ilan en materiales y control de frecuencias mitigan este problema. En 2024, un estudio en Physical Review Letters destacó un diseño de qubit superconductor basado en materiales bidimensionales, que aumenta la coherencia en órdenes de magnitud. Este concepto, conocido como flowermon, podría integrarse en futuros procesadores compactos.
El ecosistema tecnológico de Israel impulsa estos desarrollos. Con unas 20 empresas de computación cuántica en 2024, según Startup Nation Central, el país combina innovación académica y empresarial. Compañías como Quantum Machines desarrollan sistemas de control para qubits, mientras que IAI adapta la tecnología a necesidades de defensa. El gobierno israelí, a través de la Israel Innovation Authority, invierte en infraestructura cuántica para mantener la ventaja competitiva en un mercado global en expansión.
El procesador de Bar-Ilan representa un paso hacia la democratización de la computación cuántica. Al reducir el tamaño y los costos de los sistemas, Israel abre la puerta a una adopción más amplia en ciencia, industria y seguridad. La colaboración internacional y los avances técnicos posicionan al país como un actor clave en la próxima generación de tecnologías cuánticas.
