Iones Atrapados 2026: La Tecnología de IonQ y Quantinuum

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📅 Última actualización: marzo de 2026. Contenido revisado y verificado.

La alternativa más seria a los qubits superconductores

Si los qubits superconductores son los favoritos de la industria por su velocidad y escalabilidad de fabricación, los iones atrapados son el competidor que les supera en la métrica más importante: la fidelidad de las operaciones cuánticas. En la carrera por construir un ordenador cuántico útil, la calidad de cada operación importa tanto o más que el número total de qubits.

La tecnología de iones atrapados tiene una ventaja fundamental que ninguna otra plataforma puede replicar: todos los iones de un mismo elemento son absolutamente idénticos. Un ion de iterbio-171 es exactamente igual a cualquier otro ion de iterbio-171 en el universo. Esta identidad perfecta elimina la variabilidad entre qubits que es un dolor de cabeza constante en las plataformas de fabricación, donde cada qubit superconductor tiene frecuencias y acoplamientos ligeramente diferentes que requieren calibración individual.

Las dos empresas que lideran este enfoque, IonQ y Quantinuum, han demostrado resultados impresionantes. Quantinuum, formada por la fusión de Honeywell Quantum Solutions y Cambridge Quantum en 2021, ostenta el récord mundial de fidelidad de puertas de dos qubits con errores por debajo del cero coma uno por ciento. IonQ, cotizada en la bolsa de Nueva York, tiene la plataforma de iones más accesible comercialmente.

La pregunta que divide a la comunidad es si estas ventajas en calidad compensarán las desventajas en velocidad y escalabilidad a medida que los ordenadores cuánticos crezcan hacia los miles y eventualmente millones de qubits necesarios para las aplicaciones más prometedoras.

Cómo funciona un qubit de iones atrapados

Un qubit de iones atrapados es literalmente un átomo individual suspendido en el vacío. Se toma un átomo de un elemento como el iterbio, el bario o el calcio, se le arranca un electrón para convertirlo en un ion cargado positivamente, y se confina en el espacio usando campos electromagnéticos oscilantes en una estructura llamada trampa de iones.

Una vez atrapado, el ion se enfría mediante técnicas de enfriamiento láser hasta temperaturas de microkelvins, reduciendo su movimiento a la mínima vibración permitida por la mecánica cuántica. En este punto, los niveles de energía internos del ion, específicamente dos niveles electrónicos seleccionados, se utilizan para codificar los estados cero y uno del qubit.

En el caso del iterbio-171 utilizado por IonQ, los dos niveles son estados hiperfinos del nivel fundamental del átomo, separados por una frecuencia de microondas de 12,6 gigahercios. Estos estados son extraordinariamente estables: las transiciones espontáneas entre ellos son tan raras que el tiempo de vida del qubit puede medirse en minutos o incluso horas, incomparablemente más que los microsegundos de los superconductores.

La superposición y el entrelazamiento entre qubits se crean y manipulan utilizando pulsos láser cuidadosamente controlados. Diferentes frecuencias y duraciones de láser implementan diferentes puertas cuánticas, y la lectura del qubit se realiza iluminando el ion con un láser de detección: si el ion está en el estado uno emite fluorescencia visible, si está en el estado cero permanece oscuro. Esta diferencia binaria permite una medición con fidelidad superior al noventa y nueve con nueve por ciento.

La trampa de Paul: cómo se atrapa un átomo con campos electromagnéticos

Wolfgang Paul recibió el Premio Nobel de Física en 1989 por el desarrollo de la trampa de iones que lleva su nombre. La trampa de Paul utiliza campos eléctricos oscilantes de radiofrecuencia para crear un potencial efectivo que confina iones cargados en una región del espacio de decenas a cientos de micrómetros, sin contacto físico con ninguna superficie.

En las trampas lineales modernas utilizadas por IonQ y Quantinuum, los iones se disponen en una fila, como perlas en un collar invisible, separados típicamente por unos diez micrómetros. La distancia entre iones se mantiene por la repulsión electrostática mutua de las cargas positivas, equilibrada con el campo de confinamiento de la trampa.

La precisión del confinamiento es asombrosa. El ion permanece localizado en una región de apenas unos nanómetros, vibrando suavemente en los modos normales de la cadena de iones. Estos modos vibracionales, compartidos por todos los iones de la cadena, son precisamente el medio a través del cual se implementan las puertas de dos qubits: un pulso láser sobre un ion puede excitar un modo vibracional compartido que otro ion absorbe, creando entrelazamiento entre ellos.

Quantinuum ha desarrollado una variante avanzada llamada trampa QCCD (Quantum Charge-Coupled Device) donde los iones pueden ser transportados físicamente entre diferentes zonas de la trampa. Esto permite separar zonas de operación, zonas de almacenamiento y zonas de medición, optimizando cada una para su función específica y reduciendo las interferencias.

Operaciones cuánticas con láser: puertas de altísima fidelidad

Las puertas cuánticas en iones atrapados se implementan utilizando pulsos láser enfocados individualmente sobre cada ion. Las puertas de un solo qubit se realizan con pulsos Raman que inducen transiciones coherentes entre los dos estados del qubit, y las puertas de dos qubits se implementan utilizando los modos vibracionales compartidos de la cadena como intermediarios.

La puerta de dos qubits más utilizada es la puerta de Mølmer-Sørensen, que crea un entrelazamiento máximo entre dos iones en una sola operación. Esta puerta se implementa iluminando dos iones simultáneamente con pulsos láser sintonizados cerca de la frecuencia de un modo vibracional compartido. La interacción mediada por el modo vibracional crea el entrelazamiento sin necesidad de que los iones estén físicamente adyacentes.

Las fidelidades alcanzadas son extraordinarias. Quantinuum ha demostrado fidelidades de puerta de dos qubits superiores al noventa y nueve con nueve por ciento de forma rutinaria, y en condiciones de laboratorio se han alcanzado el noventa y nueve con nueve nueve por ciento. IonQ reporta fidelidades comparables en sus sistemas más recientes. Estas cifras son significativamente mejores que las de los qubits superconductores más avanzados.

La desventaja es el tiempo. Una puerta de un solo qubit en iones tarda entre uno y diez microsegundos, mientras que en superconductores tarda entre veinte y cincuenta nanosegundos. Las puertas de dos qubits en iones tardan entre cien y quinientos microsegundos, frente a los cien a cuatrocientos nanosegundos de los superconductores. Esta diferencia de velocidad de entre cien y mil veces es el principal argumento contra los iones atrapados.

Conectividad total: la ventaja oculta de los iones

Una ventaja de los iones atrapados que a menudo se subestima es la conectividad completa entre qubits. En una cadena de iones, cualquier qubit puede interactuar directamente con cualquier otro a través de los modos vibracionales compartidos. No se necesitan operaciones SWAP para mover información cuántica entre qubits distantes, como ocurre en los chips superconductores donde los qubits solo interactúan con sus vecinos.

Esta conectividad completa tiene implicaciones profundas para la eficiencia algorítmica. Muchos algoritmos cuánticos requieren entrelazamiento entre qubits que no son vecinos. En un procesador superconductor con conectividad de rejilla, estas operaciones de largo alcance deben descomponerse en cadenas de SWAPs, multiplicando el número de puertas necesarias y acumulando errores. En iones atrapados, la misma operación se ejecuta directamente con una sola puerta.

La consecuencia es que para muchos algoritmos, un procesador de iones con treinta qubits puede ejecutar circuitos más profundos y complejos que un procesador superconductor de cien qubits, porque el procesador de iones necesita menos puertas totales y cada puerta tiene mayor fidelidad. El número de qubits bruto es una métrica engañosa que no captura esta ventaja.

Tabla comparativa: iones atrapados vs qubits superconductores

IonQ: de la universidad al NYSE

IonQ fue fundada en 2015 por Chris Monroe y Jungsang Kim, dos profesores de la Universidad de Maryland y Duke respectivamente, ambos con décadas de experiencia en física de iones atrapados. La empresa se hizo pública en 2021 a través de una fusión con un SPAC, convirtiéndose en la primera empresa de computación cuántica pura en cotizar en la bolsa de Nueva York bajo el ticker IONQ.

Su plataforma utiliza iones de iterbio-171 como qubits, organizados en cadenas lineales dentro de trampas de radiofrecuencia. El sistema más reciente, IonQ Forte Enterprise, ofrece hasta treinta y seis qubits algorítmicos con conectividad completa y está disponible a través de Amazon Braket, Azure Quantum y Google Cloud, una estrategia multi-cloud que maximiza la accesibilidad.

IonQ ha apostado por diferenciarse con métricas de rendimiento propias como el algorithmic qubit, que intenta capturar el rendimiento útil real del procesador teniendo en cuenta tanto el número de qubits como su fidelidad y conectividad. Según sus propias estimaciones, un procesador IonQ con treinta y seis qubits físicos ofrece un rendimiento algorítmico comparable a procesadores superconductores con muchos más qubits.

La empresa tiene contratos de desarrollo con el Departamento de Defensa de Estados Unidos, asociaciones con Hyundai para la optimización de rutas de vehículos, y colaboraciones con empresas farmacéuticas para simulación molecular. Su modelo de negocio se basa tanto en el acceso como servicio a su hardware como en servicios de consultoría y desarrollo de aplicaciones.

Quantinuum: la fusión que creó al líder en fidelidad

Quantinuum nació en 2021 de la fusión entre Honeywell Quantum Solutions, que aportó el hardware de trampas de iones más avanzado del mundo, y Cambridge Quantum, que aportó el software cuántico más maduro, incluyendo compiladores, algoritmos de criptografía cuántica y herramientas de machine learning cuántico.

El resultado es una empresa que posee simultáneamente el hardware con mayor fidelidad de operaciones de toda la industria y el stack de software más completo. Su procesador H2, con cincuenta y seis qubits completamente conectados y fidelidades de puerta de dos qubits que superan rutinariamente el noventa y nueve con ocho por ciento, es considerado por muchos expertos como el ordenador cuántico más preciso del mundo.

La tecnología de trampa QCCD de Quantinuum permite transportar iones físicamente entre diferentes zonas de una trampa compleja, separando las operaciones de cálculo, almacenamiento y medición. Esta arquitectura modular a nivel de trampa es una ventaja para escalar el sistema, ya que permite añadir zonas funcionales sin comprometer el rendimiento de las existentes.

Quantinuum no cotiza en bolsa de forma independiente, es una filial mayoritaria de Honeywell, lo que significa que los inversores pueden obtener exposición a su tecnología a través de acciones de Honeywell (HON), aunque muy diluida. La empresa ha recibido inversiones significativas de fondos de capital riesgo y podría buscar una salida a bolsa en los próximos años.

El reto de la escalabilidad: redes de trampas y transporte de iones

El mayor desafío de los iones atrapados es la escalabilidad. Mientras que los chips superconductores pueden fabricarse con miles de qubits utilizando técnicas de la industria de semiconductores, aumentar el número de iones en una sola trampa se vuelve exponencialmente más difícil a medida que crece la cadena.

Con más de unas pocas decenas de iones en una trampa lineal, los modos vibracionales se vuelven más densos y más difíciles de abordar individualmente, las puertas de dos qubits se ralentizan y la fidelidad tiende a degradarse. Este es el techo que los diseños actuales de IonQ y Quantinuum están empezando a encontrar.

La solución más prometedora son las redes de trampas interconectadas. En lugar de tener todos los iones en una sola trampa, se distribuyen en múltiples trampas más pequeñas conectadas por enlaces fotónicos. Cada trampa opera como un módulo optimizado con unos diez a veinte qubits de alta fidelidad, y los módulos se enlazan entrelazando fotones emitidos por iones en trampas diferentes y conectados por fibra óptica.

IonQ está desarrollando activamente esta arquitectura de red fotónica, y Quantinuum está explorando tanto el transporte de iones entre zonas de una trampa compleja como la interconexión fotónica entre trampas separadas. Si estas arquitecturas tienen éxito, los iones atrapados podrían escalar a miles de qubits manteniendo sus ventajas en fidelidad y conectividad.

Perspectivas y futuro de los iones atrapados

El futuro de los iones atrapados depende de dos factores: la velocidad con que se resuelva el reto de escalabilidad y la evolución de las fidelidades de los competidores superconductores. Si los superconductores alcanzan fidelidades comparables mientras escalan a miles de qubits, la ventaja de los iones se diluirá. Pero si la brecha de fidelidad se mantiene, los iones podrían ser los primeros en demostrar la ventaja cuántica en problemas donde la precisión es más importante que la escala.

La simulación de moléculas es un candidato ideal. Calcular la energía del estado fundamental de moléculas complejas requiere circuitos profundos con puertas de alta fidelidad entre qubits no vecinos. Los iones atrapados, con su conectividad completa y fidelidad superior, están particularmente bien posicionados para este tipo de cálculos.

Otro campo donde los iones tienen ventaja natural es la comunicación cuántica y las redes cuánticas. Los iones pueden emitir fotones entrelazados con su estado cuántico, lo que permite crear nodos de red cuántica que son simultáneamente procesadores y transmisores. Esta dualidad no tiene equivalente directo en otras plataformas.

Para el ecosistema cuántico en España y Europa, los iones atrapados son especialmente relevantes porque la investigación europea en este campo es de primer nivel mundial, con grupos líderes en Innsbruck, Oxford, Sussex y varias universidades españolas.

Preguntas frecuentes

¿Qué son los qubits de iones atrapados?

Son átomos cargados confinados en el vacío mediante campos electromagnéticos, cuyos niveles electrónicos codifican información cuántica. Es la tecnología con mayor fidelidad demostrada, superando el 99,9% en puertas de dos qubits.

¿Por qué tienen mejor fidelidad que los superconductores?

Porque todos los iones de un mismo elemento son idénticos por naturaleza, eliminando la variabilidad. Además, tienen tiempos de coherencia miles de veces mayores que los superconductores.

¿Cuál es la desventaja principal?

La velocidad. Las puertas se ejecutan en microsegundos frente a nanosegundos en superconductores, y es más difícil escalar a cientos o miles de qubits.

¿Qué empresas lideran?

IonQ (NYSE: IONQ) y Quantinuum (filial de Honeywell) son los dos líderes mundiales en iones atrapados.

¿Necesitan refrigeración criogénica?

No del mismo tipo que los superconductores. Operan en cámaras de vacío a temperatura ambiente. Los iones se enfrían con láser a microkelvins, pero no necesitan refrigeradores de dilución.

Complementa con nuestras guías sobre qué es un qubit, las profesiones de futuro y cómo invertir en computación cuántica.

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