Los ordenadores cuánticos no solo despiertan fascinación, también desconfianza. ¿Cómo saber si una máquina que opera con principios invisibles y contraintuitivos está actuando realmente según las leyes de la física cuántica y no simplemente simulando esos efectos desde la trastienda de la computación clásica? Esta pregunta, incómoda pero necesaria, ha ganado peso a medida que las promesas de la tecnología cuántica se multiplican. A menudo se afirma que estas máquinas revolucionarán la criptografía, las simulaciones moleculares o la inteligencia artificial. Pero para que eso ocurra, primero hay que estar seguros de que lo cuántico es auténtico.
Ahora, un grupo internacional de físicos ha dado un paso decisivo para responder a esa duda. Investigadores de la Universidad de Leiden (Países Bajos), Tsinghua University (Pekín) y la Universidad de Zhejiang (Hangzhou, China) han conseguido demostrar, con un sistema de 73 cúbits, que un ordenador cuántico puede mostrar un comportamiento que ninguna máquina clásica puede imitar. Publicado en la revista Physical Review X, el trabajo certifica de forma experimental correlaciones cuánticas genuinas en un sistema de muchos cuerpos, un logro que nunca se había conseguido a esta escala.
Una confirmación cuántica a gran escala
Aunque se han realizado pruebas de comportamiento cuántico desde hace décadas, la mayoría se han limitado a sistemas muy pequeños. Detectar efectos cuánticos entre dos o tres partículas es ya algo común en laboratorios especializados. Pero demostrar que esos mismos principios operan en sistemas grandes, con decenas de cúbits interactuando a la vez, representa un desafío completamente distinto. Y ese es, precisamente, el terreno en el que se juegan las promesas de la computación cuántica actual.
Para abordar este problema, los investigadores diseñaron un experimento capaz de identificar correlaciones no clásicas entre múltiples qubits, conocidas como correlaciones de Bell multipartitas. Lo que las hace especiales es que no se pueden simular ni reproducir con sistemas clásicos, por muy potentes que sean. Estas correlaciones no solo implican entrelazamiento cuántico, sino que requieren que todos los elementos del sistema estén implicados en una interacción conjunta, algo extremadamente difícil de generar y aún más de verificar.
La importancia del estudio radica en que este tipo de correlaciones solo habían sido certificadas en sistemas pequeños. Ahora, por primera vez, se han detectado de manera robusta en una computadora cuántica con decenas de cúbits. En palabras del artículo original, los autores afirman que han logrado “certificar correlaciones de Bell multipartitas genuinas hasta 24 cúbits, lo que representa un aumento significativo respecto a los sistemas anteriores”.
Un método alternativo para una verificación compleja
Uno de los grandes obstáculos para confirmar estos efectos es que medir directamente todas las correlaciones posibles entre tantos cúbits es prácticamente inviable. La cantidad de datos que se necesitaría y la complejidad de las operaciones harían el proceso inviable incluso para los superordenadores más avanzados. Por eso, el equipo adoptó un enfoque alternativo.
En lugar de intentar observar las correlaciones directamente, decidieron medir una propiedad que se comporta de forma distinta en los sistemas cuánticos: la energía. En los ordenadores cuánticos, ciertos estados cuánticos permiten alcanzar niveles de energía más bajos que los que permitiría cualquier sistema clásico. Así, si el procesador alcanza esos valores mínimos, es una señal clara de que se están produciendo efectos cuánticos reales. Según el artículo, “registramos niveles de energía significativamente más bajos que los que podría lograr cualquier sistema clásico”.
El resultado fue concluyente. El sistema alcanzó una energía tan baja que la diferencia con respecto al límite clásico fue de 48 desviaciones estándar, lo que en términos estadísticos es prácticamente imposible que ocurra por azar. Esa diferencia extrema elimina la posibilidad de que el comportamiento sea simulado, y demuestra que el dispositivo está operando dentro de las reglas de la mecánica cuántica.
La profundidad de las correlaciones cuánticas
Uno de los conceptos clave del trabajo es lo que los autores llaman “profundidad de correlación de Bell”. Se trata de una medida del número mínimo de cúbits que deben estar involucrados simultáneamente en una correlación cuántica no clásica. Cuanto mayor es esa profundidad, más genuina y compleja es la interacción cuántica. Es un indicador directo de la potencia del entrelazamiento que se ha logrado dentro del sistema.
Aunque el procesador utilizado contaba con 73 cúbits en total, los investigadores fueron capaces de certificar correlaciones de Bell multipartitas en estados de hasta 24 cúbits. Este dato es relevante porque representa una escalada importante respecto a lo que se había logrado antes. En experimentos previos, estas correlaciones se habían observado en configuraciones muy controladas y con un número reducido de partículas. Lograrlo en un sistema con esta cantidad de cúbits, en un procesador real, demuestra que la computación cuántica está alcanzando niveles de fidelidad antes impensables.
Además, estos resultados no son solo teóricos. Tal como señalan los autores, “nuestra propuesta se basa en una tarea de optimización energética que los dispositivos cuánticos ya manejan bien”. Esto permite aplicar el método en plataformas reales sin necesidad de introducir cambios radicales en los experimentos.
Implicaciones más allá de la prueba
Aunque el objetivo del estudio era demostrar el comportamiento cuántico genuino, las implicaciones de este avance van mucho más allá de la verificación experimental. Controlar y entender las correlaciones de Bell a gran escala abre nuevas posibilidades en varias áreas clave. Por ejemplo, en la comunicación cuántica, estas correlaciones pueden utilizarse para garantizar que la información transmitida es segura frente a cualquier tipo de espionaje. En el caso de la criptografía cuántica, permiten desarrollar protocolos que detectan cualquier intento de interceptación sin necesidad de confiar en los dispositivos.
Otra aplicación es la mejora de algoritmos cuánticos, ya que muchas de estas rutinas dependen de la existencia de correlaciones no clásicas para acelerar los cálculos. Si es posible generar y certificar estos estados con facilidad, los desarrolladores podrán diseñar nuevas herramientas que aprovechen al máximo el potencial cuántico.
En definitiva, este trabajo representa una prueba directa de que los ordenadores cuánticos no solo se están haciendo más grandes, sino también más auténticamente cuánticos. Es una señal de madurez tecnológica y un paso más en el camino hacia aplicaciones prácticas de la física más extraña, pero también más poderosa.
Referencias
- Ke Wang, Weikang Li, Shibo Xu, Mengyao Hu, Jiachen Chen, Yaozu Wu, Chuanyu Zhang, Feitong Jin, Xuhao Zhu, Yu Gao, Ziqi Tan, Zhengyi Cui, Aosai Zhang, Ning Wang, Yiren Zou, Tingting Li, Fanhao Shen, Jiarun Zhong, Zehang Bao, Zitian Zhu, Zixuan Song, Jinfeng Deng, Hang Dong, Xu Zhang, Pengfei Zhang, Wenjie Jiang, Zhide Lu, Zheng-Zhi Sun, Hekang Li, Qiujiang Guo, Zhen Wang, Patrick Emonts, Jordi Tura, Chao Song, H. Wang, Dong-Ling Deng. Probing Many-Body Bell Correlation Depth with Superconducting Qubits. Physical Review X, 22 de abril de 2025. https://doi.org/10.1103/PhysRevX.15.021024.
