Un atajo acelera mil veces operaciones clave para corregir errores en la computación cuántica
Una nueva estrategia permite preparar y manipular estados cuánticos protegidos en un solo ciclo, frente a los miles que necesitaban los métodos anteriores. El avance podría facilitar la construcción de ordenadores cuánticos tolerantes a fallos, aunque todavía debe demostrarse experimentalmente.
Por Enrique Coperías, periodista científico
Un chip cuántico superconductor y el criostato que lo mantiene a temperaturas extremadamente bajas. El nuevo método podría acelerar más de mil veces determinadas operaciones y acercar la computación cuántica tolerante a fallos. Cortesía: Chalmers University of Technology / Malin Arnesson y Anna-Lena Lundquist
Por qué los errores frenan a los ordenadores cuánticos
En un ordenador cuántico, el tiempo juega en contra. Cada microsegundo adicional durante el que se prepara, transforma o lee un estado cuántico abre una oportunidad para que el ruido eléctrico, el calor, la radiación cósmica o una pequeña imperfección del dispositivo alteren la información.
Los ordenadores convencionales también cometen errores, pero pueden copiar los datos, comprobarlos y corregirlos sin demasiadas complicaciones. En el mundo cuántico, donde medir una superposición puede destruirla y donde no es posible clonar un estado desconocido, la reparación resulta mucho más delicada.
Un equipo de la Universidad Tecnológica de Chalmers, en Suecia, y la Universidad de Tianjin, en China, propone ahora una manera de reducir de forma drástica ese periodo de vulnerabilidad. Su método permite ejecutar en un solo ciclo de control operaciones que hasta ahora podían requerir varios miles.
En las simulaciones, algunas se completan más de mil veces más rápido y conservan una fidelidad muy elevada. El trabajo, publicado en la revista Physical Review Letters, aborda uno de los cuellos de botella de la computación cuántica tolerante a fallos: preparar y controlar con rapidez los estados destinados a proteger la información.
🗣️ «El componente fundamental de los ordenadores cuánticos, el cúbit, es tan sensible que incluso la perturbación más pequeña puede hacer que el estado cuántico se desvíe del objetivo, lo que provoca una pérdida de información —explica Lei Du, investigador de Física Cuántica Aplicada en Chalmers y coautor del estudio. Y añade—: Si se acumulan demasiados errores antes de poder corregirlos, el cálculo puede fracasar».
El papel de los códigos cuánticos bosónicos
La investigación se centra en los llamados códigos cuánticos bosónicos. En un ordenador cuántico convencional, la información básica suele guardarse en un cúbit físico, es decir, en un componente individual del procesador cuyo estado puede representar simultáneamente el 0 y el 1. Los códigos bosónicos siguen otra estrategia: almacenan un cúbit lógico, ya protegido frente a determinados errores, en las múltiples configuraciones posibles de un único oscilador cuántico.
Este oscilador puede ser el campo electromagnético atrapado dentro de una cavidad de microondas, cuyos estados se distinguen por propiedades como el número de fotones, la amplitud o la fase. La información no queda así asociada a un solo estado frágil, sino distribuida según un patrón reconocible. Si el ruido altera ligeramente alguna de sus propiedades, ese patrón puede permitir detectar el cambio y recuperar la información original.
🗣️ «En vez de almacenar la información cuántica en cúbits individuales, los códigos bosónicos la codifican en los campos de microondas presentes en los circuitos superconductores —señala Tangyou Huang, investigador de Tecnología Cuántica en Chalmers y primer autor del artículo. Y continúa—: Se ha demostrado que este enfoque ofrece una protección más fuerte frente a ciertos tipos de errores».
La idea puede compararse con escribir un mensaje no en una única casilla, sino mediante un patrón extendido por toda una cuadrícula. Si algunas posiciones se desplazan ligeramente, la estructura general permite reconstruir el contenido.
Entre las estrategias más estudiadas se encuentran los códigos binomiales, los estados de gato —superposiciones de estados cuánticos muy diferentes— y los códigos GKP, propuestos por los físicos Daniel Gottesman, Alexei Kitaev y John Preskill, que organizan la información como una retícula de puntos en el espacio de fases de un oscilador.
✅ Códigos binomiales. Distribuyen la información lógica entre combinaciones cuidadosamente elegidas de diferentes números de fotones. Están diseñados para detectar o corregir errores como la pérdida de uno de esos fotones.
✅ Estados de gato. Se basan en superposiciones de estados cuánticos muy diferentes, comparables a la famosa paradoja del gato de Schrödinger. Esa estructura permite detectar determinados cambios sufridos por el sistema.
✅ Códigos GKP. Estos organizan la información como una retícula periódica de puntos en el espacio de fases de un oscilador. Esta geometría ayuda a identificar pequeños desplazamientos provocados por el ruido.
Lei Du y Tangyou Huang, investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers, junto al criostato utilizado para mantener los circuitos cuánticos superconductores a temperaturas próximas al cero absoluto. Foto: Chalmers University of Technology / Lovisa Håkansson
El problema de preparar estados cuánticos protegidos
Los códigos bosónicos prometen reducir la cantidad de hardware necesaria para corregir errores, pero plantean otro problema: los estados que los sostienen son complejos y difíciles de preparar.
Los métodos anteriores recurrían con frecuencia a procesos adiabáticos. El sistema comenzaba en un estado sencillo y se modificaba muy lentamente para que permaneciera en la configuración deseada, como si se transportara un vaso lleno hasta el borde intentando que el agua no se derramara.
El procedimiento podía exigir cientos o miles de repeticiones de una señal periódica. Esa lentitud favorecía la transformación ideal, pero también prolongaba la exposición del sistema a la decoherencia y al ruido ambiental.
Cuanto más dura la operación, mayor es la probabilidad de que la información cuántica se deteriore antes de que pueda ser utilizada o corregida.
Una operación cuántica en un solo ciclo
El equipo ha prescindido de ese recorrido gradual. Su estrategia calcula de forma directa la operación capaz de llevar el sistema desde el estado inicial hasta el estado buscado.
A continuación, la transformación se descompone en una secuencia de elementos denominados puertas de retícula cuántica o quantum lattice gates. Estas puertas fueron introducidas por los mismos investigadores en un estudio publicado en 2025 en Communications Physics.
puertas de retícula aprovechan la no linealidad completa de las uniones de Josephson, componentes fundamentales de los circuitos cuánticos superconductores. En lugar de tratar esa no linealidad como un problema, la nueva estrategia la utiliza como un recurso para controlar los estados del resonador.
El método combina cálculos analíticos con una técnica denominada control de Floquet.
Qué es el control de Floquet
Recordemos que el control de Floquet consiste en modificar el comportamiento efectivo de un sistema cuántico aplicándole señales periódicas. Si la amplitud, la fase y el ritmo de esos impulsos se diseñan correctamente, el sistema puede evolucionar hacia una transformación previamente seleccionada.
Los protocolos anteriores necesitaban repetir el ciclo de excitación miles de veces. La nueva propuesta consigue sintetizar la operación dentro de un único periodo.
Huang compara el proceso con la construcción de un castillo de Lego. Los protocolos anteriores lo levantaban pieza a pieza, acumulando tiempo y oportunidades para equivocarse. Las puertas de retícula actúan como módulos ya construidos que pueden conectarse con rapidez. La diferencia decisiva es que todo el proceso cabe ahora dentro de un único periodo de excitación, en lugar de extenderse durante cientos o miles.
Qué resultados obtuvieron los investigadores
Los autores pusieron a prueba matemáticamente el método con los tres grandes tipos de códigos bosónicos, los citados binomial, gato y GKP. Partiendo del vacío del resonador, consiguieron preparar sus estados mediante pulsos optimizados con infidelidades inferiores a 10⁻⁵.
La infidelidad mide cuánto se desvía el resultado del estado cuántico deseado. Un valor de 10⁻⁵ equivale, de manera aproximada, a una desviación inferior a una parte entre 100.000 dentro de las condiciones simuladas.
Los investigadores también estudiaron la ejecución de puertas lógicas fundamentales sobre los cúbits codificados, entre ellas:
✅ La puerta Hadamard, utilizada para generar superposiciones.
✅ La puerta de fase S, que modifica la fase relativa del estado.
✅ La puerta T, necesaria para construir operaciones cuánticas universales.
Los errores medios se situaron en torno a 10⁻⁴, comparables a los alcanzados por algunas de las mejores puertas de un solo cúbit en procesadores superconductores. Las operaciones necesitarían apenas unos microsegundos, más de tres órdenes de magnitud menos que los protocolos adiabáticos utilizados como referencia.
Representación conceptual de un estado cuántico bosónico y de su estructura en el espacio de fases, donde la información puede codificarse mediante patrones resistentes a determinados errores. Cortesía: Tangyou Huang y Lei Du, creada con ChatGPT / Chalmers University of Technology.
Menos parámetros y una optimización más rápida
El método también resultó más austero al compararlo con las puertas SNAP, una de las herramientas habituales para controlar estados de un resonador según su número de fotones. Para alcanzar una infidelidad cercana al 10⁻⁴ en un espacio de dimensión d, la nueva estrategia requirió aproximadamente 2d parámetros ajustables, frente a unos 5d en el procedimiento basado en SNAP.
La estrategia con puertas de retícula también convergió más deprisa durante la optimización. Esto puede ser relevante para sistemas de mayor tamaño, en los que el número de parámetros y el tiempo necesario para encontrar las señales adecuadas aumentan rápidamente.
Los autores probaron además la capacidad del método para producir estados pseudoaleatorios con las propiedades estadísticas esperadas. Este resultado indica que la estrategia no está limitada a unas pocas transformaciones preparadas de antemano, sino que puede controlar una gama amplia de estados cuánticos de variable continua.
Una carrera internacional para corregir errores cuánticos
El trabajo de Chalmers forma parte de una carrera más amplia por conseguir cúbits lógicos que conserven la información durante más tiempo que sus componentes físicos.
En 2024, un equipo australiano propuso preparar estados GKP mediante excitación periódica, aunque todavía necesitaba una evolución adiabática prolongada. Y al año siguiente, Philippe Campagne-Ibarcq y su colegas del Laboratoire de Physique de l’Ecole Normale Supérieure, en París (Francia) describieron en la publicación Physical Review X un circuito capaz de estabilizar autónomamente un cúbit GKP mediante un peine de frecuencias de microondas. Sus cálculos indicaban que la vida útil de la información podría superar hasta en dos órdenes de magnitud el punto de equilibrio en el que la corrección aporta más de lo que perjudica.
Los códigos bosónicos tampoco están restringidos a los circuitos superconductores. En 2024 se generaron estados lógicos GKP con pulsos de luz propagantes y, un año después, otro equipo de la Xanadu Quantum Technologies Inc., en Canadá, presentó en Nature una fuente fotónica integrada de cúbits GKP.
Estos avances muestran que las retículas cuánticas han comenzado a materializarse en plataformas experimentales diferentes, desde cavidades de microondas hasta circuitos fotónicos.
Otra estrategia importante es el código de superficie, que protege un cúbit lógico distribuyéndolo entre numerosos cúbits físicos. En 2024, el procesador superconductivo Willow de Google demostró que el error lógico disminuía al aumentar el tamaño del código. Los códigos bosónicos persiguen un objetivo parecido, pero intentan concentrar parte de esa redundancia en los estados de un único oscilador.
El chip cuántico Willow, de Google, cuenta con 105 cúbits y completó en menos de cinco minutos un cálculo de referencia que, según la compañía, requeriría unos 20²⁵ años en uno de los superordenadores más rápidos. Cortesía: Google.
Lo que el estudio todavía no demuestra
La aceleración anunciada no significa que un ordenador cuántico completo vaya a resolver cualquier problema mil veces más rápido.
El factor de más de mil se refiere a la duración de determinadas operaciones para preparar y controlar estados bosónicos, comparadas con protocolos adiabáticos anteriores. Tampoco procede de un experimento físico, sino de cálculos analíticos y simulaciones numéricas.
Para validar el método será necesario reproducirlo en un procesador real y comprobar cómo responde ante limitaciones como:
✅ La decoherencia y la pérdida de fotones.
✅ Los errores de calibración.
✅ El ruido presente en las señales de microondas.
✅ La amplitud y el ancho de banda disponibles.
✅ Las imperfecciones de las uniones de Josephson.
✅ La fuga de información fuera del espacio lógico.
✅ Los errores introducidos por las aproximaciones matemáticas.
El trabajo se concentra además en la preparación de estados y en operaciones sobre un único cúbit lógico. Las puertas entre dos cúbits lógicos, imprescindibles para ejecutar algoritmos cuánticos universales, todavía deben desarrollarse y probarse.
Un método compatible con los circuitos superconductores actuales
Una de las ventajas de la propuesta es que no exige construir una plataforma cuántica completamente nueva. El método está concebido para circuitos superconductores con uniones de Josephson, utilizados por algunas de las principales arquitecturas de computación cuántica.
También es la tecnología empleada en el ordenador cuántico de 100 cúbits que se encuentra en desarrollo en Chalmers. Los investigadores ya mantienen conversaciones con otros equipos de la universidad para explorar una posible demostración experimental.
🗣️«Nuestro método muestra que una amplia variedad de operaciones sobre estados bosónicos puede completarse en un único ciclo, en vez de los varios miles que se necesitaban anteriormente —afirma Du—. Y concluye—: Esto hace que las operaciones sean más rápidas y eficientes, y reduce el riesgo de que las perturbaciones corrompan la información antes de que termine el proceso. Representa un paso importante hacia los ordenadores cuánticos tolerantes a fallos».
La computación cuántica fiable no depende únicamente de fabricar más cúbits. También exige protegerlos, controlarlos y corregirlos antes de que el entorno borre las propiedades que los hacen cuánticos. En esa carrera contra el reloj, reducir miles de ciclos a uno solo puede convertirse en un atajo decisivo. El siguiente paso será comprobar si la ruta calculada sobre el papel funciona con la misma precisión dentro de un procesador real.▪️(11-septiembre-2026)
⏱️ LO MÁS IMPORTANTE DEL ESTUDIO, EN 30 SEGUNDOS
- Más de 1.000 veces más rápido: el nuevo método permite completar determinadas operaciones cuánticas en un solo ciclo de control, frente a los miles que necesitaban los protocolos anteriores.
- Menos tiempo expuesto a los errores: cuanto más breve es una operación, menor es el riesgo de que el ruido, el calor o la radiación alteren la información cuántntica.
- Información mejor protegida: la estrategia trabaja con códigos bosónicos, que almacenan un cúbit lógico en los múltiples estados de un oscilador, como una cavidad de microondas.
- Tres tipos de códigos probados: las simulaciones permitieron preparar códigos binomiales, estados de gato y códigos GKP con una fidelidad muy elevada.
- Puertas lógicas de alta precisión: operaciones cuánticas fundamentales alcanzaron errores del orden de 10−4, comparables a los de algunas de las mejores puertas superconductoras.
- Compatible con la tecnología actual: el método está diseñado para circuitos superconductores que utilizan uniones de Josephson.
- Aún falta la prueba experimental: el avance se basa en cálculos teóricos y simulaciones numéricas; todavía debe demostrarse en un procesador cuántico real.
- No acelera todo el ordenador mil veces: la mejora se refiere únicamente a determinadas operaciones de preparación y control de estados cuánticos protegidos.
PREGUNTAS & RESPUESTAS: Computación Cuántica y Códigos Cuánticos Bosónicos
🖥️ ¿Qué han conseguido los investigadores?
Han diseñado un método teórico para preparar y manipular códigos cuánticos bosónicos dentro de un único ciclo de control. Algunos protocolos anteriores necesitaban miles de ciclos para realizar operaciones equivalentes.
🖥️ ¿Por qué una operación más rápida puede cometer menos errores?
Los estados cuánticos se deterioran cuando interactúan con el entorno. Reducir la duración de una operación limita el tiempo durante el que el ruido, el calor o las pérdidas de energía pueden alterar la información.
🖥️ ¿Qué es un código cuántico bosónico?
Es una técnica que codifica un cúbit lógico en los múltiples estados de un oscilador, como una cavidad de microondas, en lugar de almacenarlo directamente en un único cúbit físico.
🖥️ ¿El ordenador cuántico será mil veces más rápido?
No necesariamente. La mejora se refiere a determinadas operaciones de preparación y control de estados bosónicos frente a protocolos adiabáticos anteriores. No representa una aceleración general de todos los algoritmos cuánticos.
🖥️ ¿Se ha demostrado el método en un procesador real?
Todavía no. Los resultados proceden de cálculos teóricos y simulaciones. Los investigadores estudian posibles implementaciones experimentales en circuitos superconductores.
🖥️ ¿Qué falta para alcanzar una computación cuántica tolerante a fallos?
Será necesario demostrar estas operaciones en hardware real, mantener su precisión bajo ruido, ejecutar puertas entre varios cúbits lógicos y ampliar el sistema sin que los errores aumenten hasta inutilizar los cálculos.
COMPUTACIÓN CUÁNTICA
Información facilitada por la Universidad Tecnológica Chalmers
Fuente: Huang, Tangyou and Du, Lei and Guo, Lingzhen. Single-Period Floquet Control of Bosonic Codes with Quantum Lattice Gates. Physical Review Letters (2026). DOI: https://link.aps.org/doi/10.1103/tnb8-3m8m
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