La revolución del 'cúbit': una carrera entre ciencia y tecnología para alcanzar la supremacía cuántica

Max Planck y Richard Feynman son, con permiso de Albert Einstein, los físicos más famosos e influyentes de la historia. Ambos atesoran sus respectivos premios Nobel y ambos cobraron especial relevancia por sus avances en cuántica; hoy un término manido, pero apenas de uso común en su época.

El primero de ellos, padre de la teoría cuántica, postuló que la energía no se emite de forma continua, sino en paquetes discretos llamados cuantos. El segundo plantearía hace más de 30 años los principios que, a la postre, darían vida a los ordenadores cuánticos que hoy nos ocupan.

Estos computadores son radicalmente distintos a los equipos que normalmente usamos en nuestro día a día. Son capaces de incorporar los distintos estados de los fotones o electrones dentro de un mismo dispositivo.

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Máquinas que funcionan por superposición (esto es, cuando dos cúbits presentan los dos valores de forma simultánea, multiplicando su capacidad de procesamiento) y entrelazamiento (de modo que dos o más cúbits estén conectados entre sí). Dos principios físicos que resultan ajenos a la ingeniería informática clásica y que son la base sobre la que se sustenta la revolución cuántica en ciernes.

Gracias a estos computadores, podremos abordar temas complejos que hasta ahora eran imposibles de resolver, como simulaciones más rápidas y precisas de nuevos materiales o medicamentos o análisis de riesgos financieros en milésimas de segundo. Y, en el lado negativo, estos mismos equipos serán capaces de vulnerar la criptografía actual, llevándonos a una nueva generación de herramientas que estén basadas asimismo en estos mismos principios.

En el mundo cuántico, la luz puede actuar como onda y partícula, los electrones pueden existir en múltiples lugares al mismo tiempo y dos partículas pueden permanecer misteriosamente unidas sin importar la distancia entre ellas. No es fácil de comprender para nuestras mentes, pues su comportamiento desafía la realidad que podemos percibir con nuestros ojos. Empero, las tecnologías cuánticas existen y funcionan, ofreciéndonos ya pequeñas píldoras de su enorme potencial.

Este 2025 ha sido designado como Año Internacional de la Ciencia y la Tecnología Cuánticas por Naciones Unidas. Para el próximo, el mercado de la computación cuántica alcanzará los 23.500 millones de euros, según un informe de Research and Markets. Y esto es apenas el principio de un cambio sustancial en sectores tan diversos como la banca, la salud, la defensa o el medioambiente.

De la investigación europea al auge de IBM o Google

La computación cuántica debe su legado a Planck y Feynman, pero su germen inmediato tiene otros dos padres: el español Ignacio Cirac y el austríaco Peter Zoller.

En 1994, ambos acudieron a una conferencia sobre el potencial teórico de los computadores cuánticos. Teoría pura, puesto que nadie había encontrado la forma de construir una de estas vanguardistas máquinas.

En 2026, el mercado de la computación cuántica alcanzará los 23.500 millones de euros

Pero Cirac y Zoller dieron con la tecla al publicar un año más tarde el paper que daría inicio a la actual era de desarrollo cuántico (‘Quantum Computations with Cold Trapped Ions’). En él, explicaban cómo implementar una computadora cuántica universal usando iones fríos atrapados en trampas electromagnéticas y manipulados con láseres.

Fue una de las primeras arquitecturas físicas viables para la computación cuántica. Cirac y Zoller planteaban utilizar iones individuales confinados en un campo eléctrico oscilante. Cada ion representa un cúbit, usando dos niveles electrónicos internos del ion como estados base 0 y 1. Finalmente, cada una de las operaciones cuánticas se realizarían mediante pulsos láser dirigidos que permiten controlar las transacciones internas y el acoplamiento entre iones.

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Pero si estos dos genios pusieron los cimientos de esta revolución, sus seguidores no se quedaron atrás. La investigación europea en tecnologías cuánticas trasciende la labor inicial de Ignacio Cirac y Peter Zoller. Sin ir más lejos, los premios Nobel de Física Serge Haroche y Anton Zeilinger también son figuras de autoridad en estas lides. Algunas de las universidades de referencia en este asunto (como el propio Instituto Max Planck, la Escuela Politécnica Federal de Zúrich o el Instituto de Ciencias Fotónicas de España) están radicadas a este lado del Atlántico.

Todos ellos han y siguen demostrando una autoridad científica que el Viejo Continente no ha sabido traducir en liderazgo productivo.

Y es que la carrera por construir un computador cuántico útil ha dejado de ser una promesa lejana o una mera teoría científica. En el último lustro, los principales fabricantes (norteamericanos y asiáticos en su mayoría) han logrado avances considerables tanto en el número de cúbits, como en una mayor fidelidad, menor ruido y, lo más relevante, primeros experimentos exitosos con cúbits lógicos y arquitecturas modulares.

IBM ha sido uno de los protagonistas en términos de escalado. De los 5 cúbits que tenía su primer equipo en 2016 pasó a los 65 cúbits en 2020, a los 433 cúbits con Osprey y a 1.121 cúbits con Condor, presentado a finales de 2023. La compañía ha puesto en marcha su nueva arquitectura Quantum System Two, modular y capaz de interconectar múltiples chips, instalada, por ejemplo, en el lustroso centro de computación cuántica que Alemania ha inaugurado este mismo año. En paralelo, con la familia Heron ha mejorado la fidelidad y reducido errores hasta cinco veces frente a generaciones anteriores.

El primer ordenador cuántico comercial de IBM en Europa se ha instalado en el instituto alemán Fraunhofer-Gesellschaft.

Google, por su parte, ha optado por una estrategia menos centrada en el número de cúbits y más en la calidad. En 2023 logró uno de los hitos más relevantes del sector: demostrar un cúbit lógico que mejora su fidelidad al incorporar más cúbits físicos dedicados a la corrección de errores. Esta prueba, considerada el primer paso real hacia la corrección de errores cuánticos efectiva, marca el inicio de la transición hacia procesadores tolerantes a fallos. Su procesador Willow, de 105 cúbits, y los experimentos con códigos topológicos y de superficie son la base de un plan que busca construir un sistema con un millón de cúbits corregidos para 2029.

Esos son los dos colosos protagonistas de esta contienda, pero no están solos. IonQ, especializada en iones atrapados, ha liderado el sector en calidad algorítmica gracias a su métrica de cúbits algorítmicos (#AQ), que refleja cuántos cúbits útiles tiene realmente un sistema. Con su sistema Forte, lanzado en 2023 y actualizado en 2024, ha alcanzado 35 #AQ con solo 32 cúbits físicos, gracias a fidelidades récord de 99,9%. La compañía prevé superar los 64 #AQ en 2025. Empresas como Airbus, Hyundai, GE Research o Amazon han empezado a usar sus dispositivos, accesibles comercialmente desde la nube.

La carrera por construir un computador cuántico útil ha dejado de ser una promesa lejana o una mera teoría científica

También merece mención propia Quantinuum (nacida de la fusión de Honeywell y Cambridge Quantum). Con su serie H1 y el sistema H2, ha alcanzado fidelidades del 99,9% en puertas de dos cúbits y ha batido el récord mundial de volumen cuántico (2^23). Su sistema H2-1, con 56 cúbits y conectividad total, ya ha ejecutado cúbits lógicos virtuales y ha sido empleado por JPMorgan, Microsoft y centros como Los Alamos National Lab. Además, la compañía comercializa servicios de cifrado con generación de números aleatorios cuánticos ya utilizados por bancos como HSBC.

Otra de las pioneras en estas lides fue Rigetti, con tecnología superconductora, que ha recuperado un merecido protagonismo con sus chips Ankaa de 84 cúbits y fidelidades por encima del 98%. En colaboración con el gobierno británico, ha demostrado corrección de errores en tiempo real y ha sido una de las primeras enseñas en explorar arquitecturas multichip y sistemas integrados en centros públicos, como el National Quantum Computing Centre de Reino Unido.

Europa protagoniza el despertar comercial de la computación cuántica, con la ciencia como principal cliente

Hay vida más allá de estas tecnologías. Es el caso de D-Wave, que sigue liderando en recocido cuántico con más de 5.000 cúbits y ha iniciado el desarrollo de sistemas de puertas lógicas propios basados en fluxonium. Ya ha mostrado mejoras notorias en rendimiento con su prototipo Advantage2 y colabora con Mastercard, Siemens o Volkswagen para casos de optimización logística y detección de fraude.

Y por si fuera poco, no podemos perder de vista las tecnologías emergentes, como los cúbits fotónicos (Xanadu, ORCA, PsiQuantum), cúbits topológicos (Microsoft, con los primeros dispositivos basados en Majorana en 2025) o átomos neutros (Pasqal, Atom Computing, QuEra). Multitud de alternativas para alcanzar una misma meta: la supremacía cuántica y convertir esta lejana promesa en una tecnología comercial a gran escala.

La carrera de los 40.000 millones

Al mismo tiempo que las compañías compiten por hacerse con un mercado que promete revolucionar todos los sectores, tiene lugar una carrera paralela con tintes geopolíticos. En las casillas de salida, de nuevo, Estados Unidos, China y Europa. Regiones que llevan tiempo tratando de mantener o alcanzar, según el caso, la soberanía tecnológica.

En la disputa: la fabricación de microprocesadores, la gobernanza del dato o el uso de la inteligencia artificial; también el liderazgo en computación cuántica como un factor estratégico más. Como ocurre con el resto de ámbitos mencionados, cada uno de estos tres bloques económicos ha adoptado un enfoque diferente a la hora de abordar tanto sus prioridades como sus modelos de inversión que, a escala global, suman 40.000 millones de euros.

Estados Unidos ha dado prioridad a alcanzar la supremacía cuántica y a desarrollar aplicaciones con el propósito de comercializarlas. A su favor, el apoyo del sector privado, con gigantes como IBM, Google o Microsoft; e iniciativas públicas, como la National Quantum Initiative Act aprobada en 2018, a través de la que han destinado 4.700 millones de euros a la investigación en computación, comunicación y sensores cuánticos.

En el caso de China, ya acumula 14.000 millones de euros en inversión principalmente dedicados a la creación de infraestructuras estratégicas, como el Laboratorio Nacional de Ciencia de la Información Cuántica y la red de comunicaciones cuánticas más avanzada del mundo. En este país, el sector privado apenas tiene participación, con excepciones como Alibaba o Huawei, aunque siempre en colaboración con instituciones públicas.

Europa y España en la carrera cuántica: cómo abrirse paso ante la colosal apuesta de China y Estados Unidos

El enfoque de Europa es promover la cooperación internacional y la transferencia tecnológica. El objetivo es la industrialización de soluciones cuánticas, sobre todo en áreas como la criptografía poscuántica y los sensores cuánticos. Para unir a académicos e industria, en 2019 la Unión Europea aprobó la iniciativa Quantum Flagship con una duración de 10 años y una cuantía de 1.000 millones de euros para investigación.

Además, entre 2021 y 2024 se han movilizado más de 1.200 millones de euros a través de diversos programas europeos, como Quantera, EuroQCI u Horizonte Europa; a los que se suma el trabajo de más de 30 países de la región para alinear sus estrategias nacionales.

Si nos detenemos en España, ya están en marcha el Plan de Comunicación Cuántica (PQC) y Quantum Spain (QS), con una inversión total en torno a los 85 millones de euros dedicados a la innovación en tecnologías cuánticas, y la recientemente aprobada Estrategia Española de Tecnologías Cuánticas con un montante de más de 800 millones de euros.

Otro aspecto esencial para liderar este mercado es el establecimiento de estándares. En este sentido, como refleja el informe ‘Radiografía de la innovación cuántica’, de la Fundación General del CSIC, China va a la cabeza en el registro de patentes, pero la gran mayoría destinadas a proteger la propiedad intelectual en el ámbito local. Es Estados Unidos el bloque que lidera el registro de patentes internacionales, mientras Europa está trabajando para regular la creación de estándares que favorezcan las inversiones y la creación un ecosistema cuántico fuerte.

Aplicaciones: un paso más cerca

Una vez repasadas las cuestiones técnicas y el esfuerzo económico que se están realizando desde los ámbitos público y privado, la gran pregunta es: ¿para qué sirve la computación cuántica? Más aún: ¿en qué sectores se están aprovechando ya sus capacidades?

El diseño de nuevo hardware y el desarrollo de software para la corrección de errores permitirán la construcción de máquinas más rápidas y precisas, y capaces de explorar múltiples soluciones para un problema de forma simultánea.

Computación cuántica para reducir un 20% el tiempo de desarrollo de un medicamento

Recordado esto, las aplicaciones más prometedoras serán en biotecnología, con simulaciones para acelerar el desarrollo de fármacos y la medicina personalizada; telecomunicaciones, para comunicaciones ultraseguras gracias a la criptografía cuántica; finanzas, para la detección de fraudes y optimización de carteras de inversión; o industria, con el objetivo de una fabricación más eficiente y preparada para las fluctuaciones del mercado.

En automoción, se avanzará en la disponibilidad de sistemas de conducción autónomos; y en energía, las distribuidoras serán más precisas en la generación de renovables y gestión de redes inteligentes. Además, en logística, se conseguirán resultados excepcionales en el empaquetado de contenedores y planificación de rutas.

Ls tecnologías cuánticas existen y funcionan, ofreciéndonos ya pequeñas píldoras de su enorme potencial

Desde la Fundación General CSIC, también señalan el diseño de nuevos materiales, fertilizantes más sostenibles o aplicaciones en hidrógeno verde para reducir el consumo de energía.

Más allá de lo que se cuente sobre el papel o se investigue en los laboratorios, ya hay varias iniciativas de uso concreto. Es el caso del proyecto CUCO, el primero de colaboración público-privada en España. Un consorcio en el que participan empresas como BBVA, GMV, Qilimanjaro o Multiverse Computing, junto a varios centros de investigación, que tratan de trasladar la cuántica a algunos de los sectores estratégicos mencionados, como las finanzas, la logística, la aeroespacial o las telecomunicaciones.

Si nos detenemos en las iniciativas de las empresas, Fujitsu España empleó su simulador de inspiración cuántica, Digital Annealer, para optimizar la planificación de la producción y distribución de semillas en Bayer Crop Science; y Telefónica realizó tres demostraciones de cifrado poscuántico en redes 5G privadas, IoT y VPN en el Mobile World Congress de 2024.

En este ámbito, se está desarrollando Quantum Communication Infrastructure (EuroQCI) un proyecto europeo para transmitir datos ultraseguros en toda la región. Pero el avance más reciente es de apenas unas semanas, cuando varios investigadores enviaron mensajes cuánticos a 254 kilómetros de distancia entre varias ciudades alemanas utilizando una red de telecomunicaciones comercial.

En el descubrimiento de nuevos fármacos, Roche, en alianza con Cambridge Quantum Computing, utiliza algoritmos cuánticos de fase intermedia ruidosa (NISQ) para acelerar la investigación de compuestos contra el Alzheimer. Por otra parte, Boehringer Ingelheim está colaborando con Google en un laboratorio cuántico dedicado a simular mecánicas biológicas a nivel molecular, con el objetivo de reducir plazos y costes en el desarrollo de nuevos tratamientos médicos.

En España, Hijos de Rivera ha sido pionera al emplear el ordenador cuántico Qmio, del Centro de Supercomputación de Galicia, para simular la percepción del frescor en las papilas gustativas. Gracias a estos cálculos pueden filtrar las moléculas que comprometerían las propiedades de sus bebidas, a favor de esa sensación, sin tener que realizar largos ensayos en el laboratorio.

Óscar López y Diana Morant encabezan la puesta de largo del nuevo computador cuántico que albergará España

Asimismo, la plataforma de Multiverse Computing permite a analistas financieros ejecutar algoritmos cuánticos directamente desde una hoja de cálculo para resolver problemas complejos en el sector bancario. Por otra parte, la tecnología de LuxQuanta, ya protege las comunicaciones de dos centros hospitalarios de Vithas en Madrid (los de Arturo Soria y La Milagrosa) mediante claves criptográficas cuánticas.

En realidad, todos estos casos utilizan los denominados ‘equipos cuánticos de propósito específico’, dedicados a optimizar tareas muy concretas. Porque, a día de hoy, para fabricar una máquina que alcance la supremacía cuántica antes hay que resolver varios desafíos, tanto técnicos como coyunturales.

Retos técnicos y desafíos coyunturales

Como comentábamos en nuestro repaso histórico, para encontrar los orígenes de estos sistemas de computación avanzada hay que remontarse a la década de los 80, cuando los físicos Paul Benioff y Richard Feynman, plantearon aplicar algunos de los principios de la mecánica cuántica a la computación.

Aunque fue al investigador español, Ignacio Cirac,y su mentor, Peter Zoller, a quienes se les ocurrió cómo crear un ordenador cuántico. Fue en 1994, y desde entonces trabaja incansablemente para conseguirlo. Una tarea ardua y con desafíos técnicos todavía por solventar.

En 2023, Google logró demostrar que un cúbit lógico mejora su fidelidad al incorporar más cúbits físicos dedicados a la corrección de errores

El propio Cirac explica en esta entrevista con DISRUPTORES - EL ESPAÑOL, que publicamos hoy, tres retos pendientes para la fabricación de una máquina cuántica. El primero es conseguir un aislamiento suficiente para que estos ordenadores sean capaces de operar a temperaturas próximas al cero absoluto y libres de ruido externo.

El segundo es la corrección de errores para reducir la redundancia, ya sea con nuevo software, que incluya protocolos y códigos de corrección, o con nuevo hardware. Y, por último, queda la cuestión del escalado de estos sistemas, para lo que antes hay que resolver necesariamente el segundo de los desafíos de esta lista.

Comienza el camino hacia el procesador cuántico de 1.000 cúbits, con la mitigación de errores como gran objetivo

Junto a las consideraciones técnicas, se dan otras cuestiones por resolver antes de exprimir todo el potencial de esta tecnología. Para empezar, a día de hoy coexisten diferentes aproximaciones en la investigación y desarrollo de la computación cuántica —sistemas de iones atrapados, fotónicos o cúbits topológicos— que, como recoge el documento del CSIC, requieren una intensa labor de I+D para alcanzar la estabilidad y la escalabilidad necesarias de estos sistemas y su posterior aplicación práctica.

A esto se suma la escasez de especialistas con conocimientos de mecánica cuántica, diseño algorítmico y técnicas sofisticadas de corrección de errores, imprescindibles para desarrollar y poner en marcha algoritmos cuánticos, lo que frenaría su adopción por parte de la industria.

El primer ordenador cuántico capaz de generar retorno de inversión podría llegar este año

De igual manera, el coste y el tiempo de implementación siguen siendo muy elevados. El hardware para mantener a temperatura adecuada las soluciones cuánticas, los sistemas de vacío para asegurar su aislamiento y los centros de datos especializados implican grandes inversiones –de tiempo y dinero– y su retorno todavía no está asegurado.

Por último, la falta de estándares genera riesgos e incertidumbres adicionales, lo que no pronostica que el ordenador cuántico universal vaya a llegar pronto.

¿Cuándo llegará la supremacía cuántica?

Con todo lo anterior, no queda duda alguna de que estamos en la antesala de un salto tecnológico comparable al nacimiento de la informática clásica. Lo que no está tan claro es cuándo se producirá y, especialmente, quién llegará primero a ese hito histórico.

Google proclamó en 2019 haber alcanzado la “supremacía cuántica”, al resolver en minutos un problema inabordable para los superordenadores actuales, pero se trataba de una tarea específica y un experimento perfectamente diseñado para alcanzar dicha meta.

Chip cuántico de Google.

Por ello,las previsiones para la llegada de la supremacía cuántica práctica –el punto en el que un computador cuántico supere de forma útil y repetida a uno clásico en tareas reales– son variadas. Algunos expertos la sitúan en esta misma década, especialmente en áreas como simulación molecular o criptografía (donde la amenaza cuántica sobre los sistemas actuales es ya motivo de urgencia en la NSA). Otros, como el CEO de Nvidia, Jen-Hsun Huang, aplazan su llegada hasta mediados de los años 2040. Lo que sí parece claro es que la década de 2030 será la del despegue industrial.

En ese sentido, consultoras como BCG o Gartner prevén que el primer ordenador cuántico capaz de generar retorno de inversión podría llegar tan pronto como este mismo curso o ya en 2026. Sería el equivalente al “momento ChatGPT” del sector: una demostración visible, útil y mediáticamente poderosa que aceleraría su adopción empresarial.

Por ahora, sin embargo, seguimos anclados en la denominada ‘era NISQ’ (equipos intermedios y ruidosos), pero con señales claras de transición. IBM ya opera más de una docena de ordenadores cuánticos accesibles desde la nube y planea superar los 4.000 cúbits físicos este mismo año. Google, por su parte, sigue su camino reduciendo los errores lógicos en su chip Willow mediante códigos de corrección escalables. Microsoft lo apuesta todo a la construcción de cúbits topológicos más estables, aún en fase experimental.

De los avances de todos los protagonistas dependerá la evolución futura de esta tecnología y todo el impacto que puede generar a su alrededor. La ciencia y el mercado, entrelazados a escala cuántica. Un nuevo mundo que no podemos ver, ni tan siquiera asimilar con nuestro razonamiento lógico, pero que será revolucionario en las décadas que vienen…