Una hazaña cuántica sin precedentes: el procesador que rompe las leyes de la física clásica en el laboratorio
Un equipo internacional demuestra, con un procesador de 73 cúbits, una violación extrema de los límites clásicos de la física: la prueba más clara hasta ahora de que los ordenadores cuánticos operan en un régimen imposible de simular.
Fuente: ChatGPT / E. F.
Eugenio M. Fernández Aguilar
Físico, escritor y divulgador científico. Director de Muy Interesante Digital
Creado: 9.10.2025
En un experimento reciente un grupo internacional de físicos ha demostrado que los ordenadores cuánticos no solo funcionan, sino que ya han alcanzado un nivel de “cuanticidad” que escapa completamente a la física clásica. La pregunta que guía el trabajo, publicado en Physical Review X, no podría ser más directa: ¿qué tan cuántico es realmente tu ordenador cuántico?
El equipo, formado por investigadores de la Universidad de Zhejiang, la Universidad de Tsinghua y la Universidad de Leiden, consiguió crear un estado cuántico con 73 cúbits en un procesador superconductor. Es una de las configuraciones más grandes y precisas logradas hasta la fecha. Pero lo verdaderamente asombroso fue el resultado: al medir la energía del sistema, los científicos obtuvieron valores muy por debajo de los que permitiría cualquier sistema clásico conocido. “Medimos energías que superan el límite clásico correspondiente con hasta 48 desviaciones estándar”, escriben los autores del paper. En física, una desviación estándar es una medida de certeza estadística; superar el límite por 48 significa que el resultado no puede deberse al azar. Como explicó la Universidad de Leiden, la diferencia fue tan grande que “resulta casi imposible que se debiera a la casualidad”.
Un nuevo modo de demostrar lo cuántico
El logro se apoya en un concepto tan difícil como fascinante: la no localidad cuántica, es decir, la posibilidad de que varias partículas compartan un mismo estado aunque estén separadas físicamente. Esta idea, que Einstein calificó como una “acción fantasmal a distancia”, se comprueba a través de las llamadas desigualdades de Bell. Si un experimento las viola, significa que el sistema no puede explicarse mediante las leyes clásicas. Durante décadas, los físicos han demostrado esa violación con pares de fotones, iones o electrones, pero hacerlo con decenas de cúbits interactuando simultáneamente es otro nivel de complejidad.
Los autores lo reconocen con claridad: “la detección de no localidad, especialmente en sistemas cuánticos de muchos cuerpos, es notoriamente difícil”. Cada cúbit añadido multiplica exponencialmente la dificultad de medir las correlaciones entre ellos. Para enfrentarse a ese desafío, el equipo cambió el enfoque. En lugar de medir directamente las correlaciones de Bell —una tarea casi imposible con 73 cúbits—, usaron un recurso que los dispositivos cuánticos manejan bien: la minimización de energía. Según el propio paper, “empleamos la energía como un testigo de correlación de Bell”. En otras palabras, si el sistema alcanza energías que violan los límites clásicos, significa que ha entrado en un régimen puramente cuántico.
Este giro metodológico permitió que los investigadores certificaran no solo que existían correlaciones cuánticas, sino también su profundidad, es decir, el número mínimo de partículas que comparten ese vínculo. En este experimento, lograron demostrar correlaciones genuinamente cuánticas entre 24 cúbits, lo que equivale a un grupo de 24 partículas comportándose como una sola entidad cuántica.
Estructura hexagonal del procesador cuántico con 73 cúbits, base del experimento. Fuente: Physical Review XDentro del laboratorio cuántico
Para alcanzar este hito, los investigadores usaron un procesador superconductor totalmente programable, compuesto por 73 cúbits dispuestos en una estructura de tipo panal, o honeycomb lattice. Cada cúbit es un pequeño circuito de aluminio que, a temperaturas cercanas al cero absoluto, puede mantenerse en superposición: una mezcla entre los estados 0 y 1. La geometría hexagonal permite que cada cúbit se comunique con sus vecinos de forma eficiente, una condición indispensable para crear entrelazamiento.
El control técnico fue asombroso. Los autores detallan que las puertas lógicas de un solo cúbit alcanzaron fidelidades del 99,95 %, y las de dos cúbits, del 99,4 %. Esto significa que los errores, aunque inevitables, fueron tan bajos que no afectaron al resultado final. Mantener ese nivel de precisión en 73 cúbits a la vez es un logro de ingeniería de primer orden.
Si el sistema alcanza energías que violan los límites clásicos, significa que ha entrado en un régimen puramente cuántico
Para realizar las mediciones, los científicos diseñaron circuitos cuánticos variacionales, un tipo de algoritmo híbrido que combina la flexibilidad de los métodos clásicos con el poder del hardware cuántico. La idea es sencilla pero eficaz: ajustar los parámetros del circuito hasta minimizar la energía del sistema. En el paper se explica que “el circuito cuántico variacional actualiza iterativamente los parámetros para minimizar la energía del sistema de muchos cuerpos”. Cada paso acercaba el sistema a su estado fundamental, y con ello, a una demostración más clara de su naturaleza cuántica.
Romper el límite clásico
Los resultados fueron inequívocos. En la serie de pruebas más relevantes, los investigadores observaron que la energía del sistema caía rápidamente por debajo del límite clásico después de apenas 14 iteraciones. El hallazgo tiene un matiz importante: romper las leyes clásicas no significa violar la física, sino mostrar que el sistema obedece a un conjunto de reglas más profundas, las de la mecánica cuántica. Es la confirmación experimental de que los cúbits no solo se entrelazan, sino que se comportan colectivamente de una forma imposible de predecir mediante modelos convencionales. Dicho de otro modo, el ordenador cuántico no solo calcula: crea una realidad física distinta.
El equipo también se enfrentó a uno de los grandes obstáculos en el entrenamiento de algoritmos cuánticos: el llamado “problema de la meseta estéril”, una situación en la que el aprendizaje se bloquea y los parámetros dejan de mejorar. Para superarlo, diseñaron un método de entrenamiento por capas, añadiendo dos cúbits en cada etapa y reajustando los parámetros.
Fuente: Physical Review XEl significado del experimento
Este trabajo va más allá del avance técnico. Representa una nueva forma de medir el grado de cuanticidad de un dispositivo. Hasta ahora, el principal criterio era el entrelazamiento: si un sistema mostraba entrelazamiento, se consideraba cuántico. Pero los autores subrayan que su método ofrece una referencia más exigente, ya que “proporciona un punto de referencia más fino que el entrelazamiento para evaluar cuán cuánticos son los dispositivos”. La diferencia es esencial: el entrelazamiento puede existir en estados que aún admiten una explicación clásica parcial, mientras que la violación de las desigualdades de Bell descarta por completo cualquier modelo clásico.
Además, el experimento demuestra que los actuales dispositivos NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum) —procesadores con decenas de cúbits, aún imperfectos— pueden ser útiles para explorar fenómenos fundamentales de la física. Lo que antes requería máquinas ideales o experimentos ópticos ahora puede realizarse en procesadores cuánticos comerciales, como los que empresas y universidades desarrollan para el futuro.
El equipo también señala que sus resultados abren el camino a nuevas aplicaciones, desde la verificación de la autenticidad de un ordenador cuántico hasta el desarrollo de protocolos de comunicación imposibles de falsificar. En un futuro próximo, probar si un procesador es “verdaderamente cuántico” podría ser tan rutinario como medir su velocidad.
Más allá del límite
El artículo concluye con una reflexión sobre el papel de este tipo de experimentos en la frontera de la física. Los autores escriben: “nuestros resultados establecen un método viable para preparar y certificar correlaciones de Bell en sistemas multipartitos” . Con ello, no solo demuestran que los ordenadores cuánticos actuales son capaces de hazañas antes teóricas, sino que ofrecen una herramienta concreta para medirlo. Es, en cierto modo, un termómetro de lo cuántico.
En última instancia, este trabajo muestra que la mecánica cuántica sigue sin rendirse a la intuición clásica. A pesar de un siglo de debates, los experimentos continúan confirmando que el mundo, en su nivel más profundo, no se comporta como esperamos. Que un grupo de cúbits pueda compartir una correlación invisible, y hacerlo con tal precisión, es una prueba más de que la realidad cuántica no solo es extraña, sino perfectamente medible.
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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, y Dong-Ling Deng. Probing Many-Body Bell Correlation Depth with Superconducting Qubits. Physical Review X, vol. 15, 021024 (2025). https://doi.org/10.1103/PhysRevX.15.021024
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