El gato de Schrödinger no solo ha sido una figura omnipresente en memes y camisetas científicas, sino también un símbolo de la extrañeza cuántica. Esa criatura hipotética que está viva y muerta a la vez dentro de una caja ha servido durante décadas como metáfora de la superposición cuántica. Lo que pocos sospechaban es que ese mismo principio conceptual podía convertirse en la base real para diseñar ordenadores cuánticos más estables y resistentes a errores.
Un grupo de investigadores de la empresa francesa Alice & Bob, especializada en computación cuántica, ha llevado esta idea al laboratorio. En un nuevo estudio experimental, publicado como preprint en arXiv en marzo de 2025, presentan una técnica que multiplica por 160 la fiabilidad de los llamados "cat qubits" o "cúbits gato". Y lo más llamativo: lo han conseguido sin rediseñar el hardware, simplemente ajustando la forma de los estados cuánticos. Un resultado que podría acelerar de forma tangible el camino hacia la computación cuántica tolerante a fallos.
El desafío central de la computación cuántica
Uno de los mayores obstáculos de la computación cuántica es su extrema sensibilidad al entorno. Los cúbits —las unidades básicas de información cuántica— están expuestos constantemente a fuentes de ruido que provocan errores en sus cálculos. Entre estos errores, los bit-flips (cuando el cúbit cambia de 0 a 1, o viceversa) y los phase-flips (cuando cambia de fase) son los más comunes.
La mayoría de las arquitecturas cuánticas actuales necesitan decenas o cientos de cúbits físicos para construir un solo cúbit lógico que pueda corregir automáticamente los errores. Este gran “sobrecoste” en hardware hace que sea difícil escalar los sistemas cuánticos. Por eso, encontrar formas de proteger los cúbits individuales es una prioridad urgente.
Qué son los cúbits gato y por qué son distintos
Los cat qubits se inspiran directamente en la paradoja del gato de Schrödinger. En lugar de representar simplemente 0 o 1, utilizan estados superpuestos de una oscilación cuántica, concretamente de estados coherentes de un oscilador armónico. En palabras del paper: “un cat qubit vive en el espacio definido por los estados base |α〉 y |−α〉”, siendo estos dos estados coherentes opuestos en fase.
Esta representación no solo es original, sino eficaz: cuanto mayor es la separación entre los estados |α〉 y |−α〉, menor es la probabilidad de que el cúbit cometa un error de bit-flip. Pero hay una contrapartida: esa separación también aumenta los errores de fase, lo que complica el equilibrio.
Una solución basada en “apretar” el espacio cuántico
La innovación clave del nuevo estudio es una técnica llamada squeezing o compresión cuántica. En lugar de ampliar más la separación entre los estados |α〉 y |−α〉, lo que hicieron los investigadores fue deformarlos para que se solaparan menos, sin aumentar su energía.
Como explica el artículo: “al comprimir los estados cuánticos del cúbit gato se reduce su solapamiento en el espacio de fase, lo que produce una supresión exponencial de los errores de bit-flip”. Esta estrategia tiene una ventaja crítica: no incrementa de forma significativa los errores de fase, que suelen crecer cuando se amplía la separación convencional.
El resultado fue asombroso: para un cat qubit estabilizado con un número medio de 4,1 fotones, el tiempo sin errores de bit-flip alcanzó los 22 segundos, en comparación con los 138 milisegundos de una versión convencional. Esto equivale a una mejora de 160 veces en su estabilidad, con una duración de fase-flip casi idéntica: 1,3 microsegundos.
Cómo se implementó el experimento en la práctica
Todo esto no es una simulación ni un modelo teórico: es un experimento real, llevado a cabo en un circuito superconductor. La arquitectura incluye dos modos: un modo de memoria de alta calidad (baja pérdida) y un modo buffer de menor calidad que sirve como intermediario para estabilizar el sistema.
Para inducir el squeezing, los investigadores usaron un bombeo paramétrico adicional, que introduce una deformación en los estados base del cúbit gato sin cambiar la geometría del circuito. Tal y como señala el paper: “esta técnica simple pero eficaz mejora el rendimiento del cat qubit sin necesidad de modificar el diseño”.
Además, se probó la eficacia de esta compresión durante operaciones activas, no solo en reposo. Por ejemplo, durante una puerta lógica Zeno (operación cuántica), el cúbit gato comprimido cometió menos errores en menos tiempo. Se midió una mejora combinada de más de 200 veces en el error total respecto a la versión convencional.
Qué implicaciones tiene esto para el futuro cuántico
Este tipo de innovación tiene implicaciones directas para construir ordenadores cuánticos universales y tolerantes a fallos. Una arquitectura basada en qubits gato comprimidos, según los autores, podría permitir una reducción drástica en el número de cúbits necesarios para codificar y corregir errores.
El trabajo también refuerza la viabilidad de enfoques que combinan corrección de errores incorporada en el propio diseño del cúbit, con codificación redundante mínima. Es decir, cada cúbit sería más fiable desde el principio, lo que facilitaría escalar los procesadores sin multiplicar el hardware.
Además, los autores señalan que esta técnica podría extenderse a operaciones más complejas y puertas cuánticas entre múltiples cúbits, acercando a la tecnología a aplicaciones prácticas en química, simulación de materiales o inteligencia artificial.
Un paso más hacia lo útil y escalable
A diferencia de otros avances que requieren rediseñar desde cero el chip cuántico, este experimento se apoya en una modificación del estado cuántico, no del circuito físico. Es decir, una mejora desde el software cuántico (el control y el bombeo), no desde el hardware.
Esto tiene una ventaja práctica enorme: se puede aplicar sobre chips ya existentes, sin necesidad de rehacerlos, lo que acelera su adopción y prueba a gran escala. Tal y como señala el artículo científico: “esta mejora se logra sin alterar el diseño del circuito y mediante una única bomba adicional”.
Aunque la técnica de squeezing no es nueva en física cuántica, su aplicación práctica para mejorar la estabilidad de cúbits gato sí lo es. Y lo mejor es que funciona: no solo reduce errores, sino que lo hace de forma mensurable, replicable y sin grandes costes adicionales.
Referencias
- R. Rousseau, D. Ruiz, E. Albertinale et al. Enhancing dissipative cat qubit protection by squeezing. arXiv: 2502.07892v2(2025).
