Investigadores de la empresa de computación cuántica Quantinuum han utilizado su nueva máquina Helios-1 para ejecutar la simulación cuántica más grande hasta la fecha del modelo Fermi-Hubbard, un marco central para entender la superconductividad. El experimento involucró 36 fermiones y demostró el emparejamiento de partículas activado por un pulso láser. Este avance resalta el potencial de las computadoras cuánticas en la ciencia de materiales, aunque persisten desafíos.
Los superconductores, que conducen la electricidad con eficiencia perfecta, actualmente operan solo a temperaturas muy bajas, limitando su uso práctico. Los físicos han buscado durante mucho tiempo formas de habilitar la superconductividad a temperatura ambiente, recurriendo a menudo al modelo Fermi-Hubbard —un marco matemático que data de la década de 1960— para obtener ideas. Como señala Henrik Dreyer de Quantinuum, este modelo es "uno de los más importantes en toda la física de la materia condensada".
Las computadoras convencionales pueden simular el modelo de manera efectiva a pequeña escala, pero fallan con muestras más grandes o cambios dinámicos a lo largo del tiempo. Para abordar esto, Dreyer y sus colegas emplearon Helios-1, una computadora cuántica con 98 qubits hechos de iones de bario, manipulados mediante láseres y campos electromagnéticos. En su experimento, simularon 36 fermiones —partículas centrales en los superconductores— e iniciaron el emparejamiento aplicando un pulso láser a los qubits. Las mediciones revelaron signos de este emparejamiento, capturando un proceso dinámico desafiante para los métodos clásicos más allá de unas pocas partículas.
La simulación tomó un par de horas en Helios-1, mientras que los enfoques clásicos produjeron resultados poco fiables o tiempos indeterminadamente largos. "Para los métodos que probamos, fue imposible obtener los mismos resultados de manera fiable; mirábamos un par de horas en una computadora cuántica y un gran signo de interrogación en el lado clásico", dijo Dreyer. La fiabilidad de Helios-1 proviene de sus qubits, que en pruebas sostuvieron 94 qubits resistentes a errores unidos por entrelazamiento cuántico —un récord en el campo.
Los expertos elogian el trabajo pero instan a la precaución. Eduardo Ibarra García Padilla de Harvey Mudd College califica los resultados como prometedores pero en necesidad de benchmarking contra simulaciones clásicas de primer nivel. Steve White de la Universidad de California, Irvine, ve las herramientas cuánticas como potencialmente complementarias para estudiar comportamientos dinámicos de materiales, aunque persisten barreras en etapas tempranas. "Están en camino de convertirse en herramientas de simulación útiles en la física de la materia condensada", dijo White, "pero aún están en las etapas iniciales".
El estudio, detallado en arXiv (DOI: 10.48550/arXiv.2511.02125), marca un progreso hacia ventajas cuánticas en el desciframiento de la superconductividad.