¿Qué es el estado topológico, el cuarto estado de la materia que Microsoft habría logrado?

Microsoft ha anunciado un importante avance en el desarrollo de la computación cuántica con la presentación de su chip Majorana 1, basado en la superconductividad topológica.

Este dispositivo utiliza partículas denominadas fermiones de Majorana para mejorar la estabilidad de los cúbits cuánticos, reduciendo significativamente los errores y las interferencias externas. La clave de este progreso radica en el aprovechamiento de un estado exótico de la materia conocido como estado topológico.

El estado topológico de la materia ha capturado el interés de científicos y tecnólogos por sus propiedades únicas, que podrían revolucionar no solo la computación cuántica, sino también la electrónica y la física de materiales. Pero, ¿qué es exactamente este estado y por qué es tan importante?

El concepto de estado topológico de la materia surge de la topología, una rama de las matemáticas que estudia las propiedades de los objetos que se mantienen invariables bajo deformaciones continuas, como estiramientos o torsiones, siempre que no se rompan ni fusionen. En la física de materiales, la topología describe cómo ciertas propiedades electrónicas pueden ser robustas frente a perturbaciones o impurezas.

Un material en estado topológico tiene una característica clave: mientras su interior se comporta como un aislante, sus bordes o superficies pueden conducir electricidad sin resistencia. Esta peculiaridad se debe a la estructura electrónica del material, que protege los estados de borde contra alteraciones externas, garantizando una conducción estable y altamente eficiente.

El estudio de los estados topológicos de la materia tuvo un gran impulso en 2016, cuando los físicos David Thouless, Duncan Haldane y Michael Kosterlitz fueron galardonados con el Premio Nobel de Física por su investigación sobre las transiciones de fase topológicas. Sus hallazgos ayudaron a comprender cómo ciertas fases de la materia pueden aparecer en condiciones extremas, como temperaturas cercanas al cero absoluto.

Uno de los fenómenos más destacados en este campo es el efecto Hall cuántico, en el que una lámina metálica expuesta a un campo magnético a temperaturas extremadamente bajas muestra una conductancia eléctrica cuantizada en sus bordes, mientras su interior permanece aislante. Este fenómeno ha sido fundamental para el desarrollo de dispositivos electrónicos avanzados.

La computación cuántica tiene el potencial de resolver problemas que serían inabordables para los ordenadores convencionales. Sin embargo, uno de sus principales desafíos es la estabilidad de los cúbits, ya que son extremadamente sensibles a perturbaciones externas que pueden provocar errores en los cálculos.

Aquí es donde los estados topológicos juegan un papel crucial. La superconductividad topológica, como la utilizada en el chip Majorana 1 de Microsoft, combina la capacidad de ciertos materiales para conducir electricidad sin resistencia con la robustez de los estados topológicos. Como resultado, los cúbits generados en este estado son inherentemente más estables y menos propensos a la pérdida de coherencia cuántica.

Microsoft ha logrado fabricar nanocables superconductores topológicos que operan a temperaturas cercanas al cero absoluto, lo que representa un paso importante hacia la creación de computadoras cuánticas prácticas y escalables.

El descubrimiento y la aplicación del estado topológico de la materia abren nuevas oportunidades en múltiples áreas, desde la electrónica hasta la computación cuántica. Con empresas como Microsoft apostando por esta tecnología, el futuro de la computación cuántica parece más prometedor que nunca. A medida que la investigación avance, es probable que veamos nuevas aplicaciones sorprendentes de este estado de la materia en los próximos años.