Crean el cristal temporal cuántico más complejo hasta la fecha dentro de un ordenador cuántico
Por primera vez, científicos han creado un cristal temporal cuántico bidimensional y a gran escala dentro de un ordenador cuántico. El avance demuestra que estos estados exóticos pueden sobrevivir en sistemas complejos y realistas.
Por Enrique Coperías, periodista científico
Imagen conceptual de un procesador cuántico superconductor, similar al utilizado en el experimento. En su interior, un sistema de 144 cúbits reproduce un cristal temporal cuántico, un estado exótico de la materia que no se ordena en el espacio, sino en el tiempo, oscilando de forma estable bajo impulsos periódicos.
Los cristales son considerados sinónimo de orden espacial. Desde los copos de nieve hasta el diamante, su estructura se repite una y otra vez en el espacio, como un patrón congelado. Pero hace menos de una década, los físicos propusieron una idea aún más extraña: ¿y si existieran materiales cuyo orden no se repitiera en el espacio, sino en el tiempo?
Hablamos de objetos que, en lugar de permanecer estáticos, oscilaran de forma periódica sin gastar energía, rompiendo de este modo una de las simetrías más básicas de la naturaleza. Hoy, esa idea —los llamados cristales temporales, cristal en el tiempo o cristal de espacio-tiempo— acaba de dar un salto decisivo: por primera vez los científicos han creado el cristal temporal más grande y complejo hasta la fecha, dentro de un ordenador cuántico superconductor.
El logro, publicado en Nature Communications, no es solo una proeza técnica. En efecto, supone una demostración de que estos exóticos estados de la materia pueden existir en sistemas mucho más realistas y complejos de lo que se pensaba, lo que abre una nueva ventana para entender cómo emerge el comportamiento termodinámico a partir de las leyes cuánticas.
¿Qué es un cristal temporal?
Para entender qué es un cristal temporal hay que empezar por lo que no es. No se trata de una máquina de movimiento perpetuo ni de un objeto que produzca energía de la nada. Tampoco viola las leyes de la física. Lo que hace es algo más sutil: rompe la simetría temporal.
En la física clásica y cuántica, si un sistema es sometido a un estímulo periódico —por ejemplo, un empujón rítmico—, lo normal es que responda con el mismo ritmo. Sin embargo, un cristal temporal responde con un periodo distinto, normalmente el doble. Es como si un metrónomo, al recibir impulsos regulares, decidiera oscilar cada dos golpes en lugar de cada uno. Ese comportamiento no está impuesto desde fuera: emerge espontáneamente del sistema.
Este fenómeno, observado por primera vez en 2017 en sistemas pequeños y muy controlados, solo se había logrado hasta ahora en modelos simples, casi siempre unidimensionales, con interacciones artificialmente limitadas. El nuevo experimento rompe esa barrera.
Por qué este cristal temporal es diferente
Ahora, Nicolás Lorente, del Donostia International Physics Center (DIPC), en España, y sus colegas han ha conseguido crear un cristal temporal discreto bidimensional, formado por 144 cúbits o bits cuánticos—las unidades básicas de información cuántica— organizados en una red compleja dentro de un procesador cuántico de IBM. No es un detalle menor: pasar de una dimensión a dos cambia radicalmente la física del problema. Estamos pues ante un cristal en el tiempo de una complejidad sin precedentes.
En dos dimensiones, los sistemas cuánticos tienden a termalizar, es decir, a perder su memoria cuántica y comportarse como un sistema clásico caliente. Durante años, muchos físicos dudaron de que los cristales temporales pudieran sobrevivir en este entorno, especialmente cuando las interacciones entre las partículas son más realistas y menos idealizadas.
El nuevo trabajo demuestra que sí pueden hacerlo, al menos durante tiempos largos y medibles, incluso cuando las interacciones permiten que los espines —una propiedad cuántica similar a pequeños imanes— se influyan mutuamente de varias maneras. En lugar del modelo de Ising, simplificado y restrictivo, los investigadores han usado un modelo de Heisenberg anisótropo, mucho más cercano a los que describen materiales reales.
En física cuántica, el modelo de Ising y el modelo de Heisenberg anisótropo son dos formas de describir cómo interactúan los citados espines, esas pequeñas agujas magnéticas cuánticas. El primero es el más simple: los espines solo pueden influirse alineándose o desalineándose en una única dirección. En cambio, el modelo de Heisenberg anisótropo es más realista y complejo, porque permite que los espines interactúen y giren entre sí en varias direcciones, imitando mejor el comportamiento de los materiales reales.
Cómo se creó dentro de un ordenador cuántico
Nada de esto sería posible sin un ordenador cuántico. El experimento se llevó a cabo en un procesador superconductor de 156 cúbits, del que se seleccionó una subred de 144 cúbits con una geometría hexagonal decorada. Cada ciclo del experimento consistía en una secuencia precisa de operaciones cuánticas que imitaban la evolución temporal de un sistema físico sometido a impulsos periódicos.
A diferencia de una simulación clásica, donde el sistema se calcula paso a paso en un ordenador convencional, aquí el propio hardware cuántico es el sistema físico. Los cúbits no representan a los espines, sino que son los espines. Eso permite explorar dinámicas que están fuera del alcance de los superordenadores actuales.
En el experimento se repitieron estos ciclos decenas de veces, y los científicos midieron cómo evolucionaban las correlaciones entre los cúbits. El resultado fue que, en determinadas condiciones, el sistema oscilaba de forma estable con un periodo doble al del impulso externo, la firma inequívoca de un cristal temporal.
Qué demuestra sobre la física cuántica
Uno de los ingredientes clave para estabilizar el cristal temporal es el desorden. Paradójicamente, introducir pequeñas variaciones aleatorias en las interacciones entre cúbits ayuda a evitar que el sistema se caliente y pierda su estructura cuántica. Este fenómeno se conoce como localización de muchos cuerpos, y actúa como un freno a la termalización.
Gracias a este efecto, el sistema conserva memoria de su estado inicial durante mucho más tiempo del esperado. Esa memoria se manifiesta tanto en el tiempo —con oscilaciones persistentes— como en el espacio, mediante correlaciones entre cúbits lejanos.
En palabras de Lorente y su equipo internacional de investigadores, el trabajo identifica tres regímenes distintos:
1️⃣ Uno completamente ergódico, donde el sistema se comporta como un líquido caliente y sin estructura.
2️⃣ Un tipo vidrioso, localizado pero sin oscilaciones temporales
3️⃣ El régimen más interesante: el cristal temporal, donde coexisten el orden espacial y la ruptura de la simetría temporal.
El IBM Quantum System Two, un ordenador cuántico superconductor similar al utilizado en el experimento, en el que los investigadores lograron crear el cristal temporal cuántico más complejo hasta la fecha. Cortesía: IBM Research
Cuando el estado inicial lo cambia todo
Una de las sorpresas del estudio es que no todos los estados iniciales se comportan de la misma manera. En los modelos más simples, el cristal temporal aparece casi independientemente de cómo se prepare el sistema. Aquí no.
Cuando los investigadores iniciaron el experimento con un patrón alternado de espines —un estado de Néel—, las oscilaciones temporales tendían a degradarse al aumentar cierto tipo de interacciones. Pero al comenzar con un estado completamente polarizado, en el que todos los cúbits apuntan en la misma dirección, el cristal temporal se volvía extraordinariamente robusto.
Este comportamiento recuerda a un fenómeno reciente conocido como cicatrices cuánticas: trayectorias especiales dentro del espacio de estados que evitan la termalización y conservan un orden inesperado. La conexión entre cristales temporales y estas cicatrices sugiere que existen mecanismos profundos, aún mal comprendidos, que permiten a ciertos sistemas cuánticos escapar del caos térmico.
Por qué importa para la computación cuántica
Aunque los cristales temporales siguen siendo, por ahora, objetos de laboratorio, su importancia va más allá de la rareza conceptual. Comprender cómo se mantiene la coherencia cuántica en sistemas grandes y ruidosos es una de las claves para el futuro de la computación cuántica.
Además, estos sistemas ofrecen un banco de pruebas único para estudiar la termodinámica fuera del equilibrio, un terreno donde las leyes clásicas aún no tienen una formulación completa. En cierto sentido, los cristales temporales son laboratorios vivientes para observar cómo el orden y el desorden compiten en el mundo cuántico.
El experimento también marca un hito práctico: demuestra que los ordenadores cuánticos actuales, incluso sin corrección de errores, ya son capaces de explorar regímenes físicos inaccesibles para la simulación clásica. No se trata solo de calcular más rápido, sino de descubrir una nueva física.
Qué preguntas abre este descubrimiento
El cristal temporal bidimensional creado dentro de este ordenador cuántico no es el final del camino. Los propios autores plantean nuevas preguntas: ¿qué ocurre si se modifica la forma del impulso periódico? ¿Puede existir un cristal temporal sin desorden? ¿Hasta dónde puede crecer este tipo de orden antes de colapsar?
Como ha declarado Jeannette Jamie Garcia, de IBM, que no participó en la investigación, este experimento puede ser el primero de muchos pasos que podrían conducir finalmente a que los ordenadores cuánticos ayuden a diseñar nuevos materiales basándose en una visión más completa de todas las propiedades posibles que puede tener un sistema cuántico, incluidas algunas tan extrañas como los cristales de tiempo.
Por ahora, lo que queda claro es que el tiempo, al menos en el mundo cuántico, puede organizarse de maneras tan sorprendentes como el espacio. Y, gracias a los ordenadores cuánticos, estamos empezando a ver ese orden latir, ciclo tras ciclo, dentro de una máquina.▪️(29-enero-2026)
Fuente: Switzer, E. D., Robertson, N. F., Keenan, N. et al. Realization of two-dimensional discrete time crystals with anisotropic Heisenberg coupling. Nature Communications (2026). DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-67787-1
