Qubits Superconductores 2026: La Tecnología de IBM y Google

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

Por qué los qubits superconductores dominan la industria cuántica

Si tuvieras que apostar por una sola tecnología de qubits basándote en la inversión acumulada, el número de empresas que la utilizan y los hitos técnicos demostrados, la respuesta sería clara: los qubits superconductores. IBM y Google, las dos empresas que más han invertido en computación cuántica a nivel global, han apostado su estrategia principal en esta tecnología. Rigetti, la startup cuántica cotizada en bolsa, también la utiliza. Y la demostración de supremacía cuántica de Google en 2019 con Sycamore y el hito de corrección de errores con Willow en 2024 se lograron con qubits superconductores.

La razón de este dominio no es que los qubits superconductores sean intrínsecamente superiores a todas las alternativas. Los iones atrapados de IonQ y Quantinuum ofrecen mejores fidelidades de puerta y tiempos de coherencia más largos. Los qubits fotónicos de PsiQuantum y Xanadu podrían ser más fáciles de operar a temperatura ambiente. Los qubits topológicos que Microsoft investiga prometen protección inherente contra errores.

La ventaja de los superconductores es práctica: se fabrican usando técnicas derivadas de la industria de semiconductores convencional, se controlan con electrónica de microondas bien entendida, operan a velocidades de nanosegundos que permiten ejecutar muchas operaciones dentro del limitado tiempo de coherencia, y han acumulado décadas de investigación y desarrollo que les dan una ventaja de madurez significativa.

Superconductividad: el fenómeno físico que lo hace posible

La superconductividad es un fenómeno de la física de la materia condensada descubierto en 1911 por Heike Kamerlingh Onnes. Ciertos materiales, cuando se enfrían por debajo de una temperatura crítica, pierden completamente su resistencia eléctrica. La corriente puede fluir indefinidamente sin perder energía, algo imposible en cualquier conductor normal donde la resistencia convierte parte de la energía eléctrica en calor.

El mecanismo fue explicado en 1957 por la teoría BCS (Bardeen, Cooper y Schrieffer). A temperaturas suficientemente bajas, los electrones del material forman parejas llamadas pares de Cooper, que se comportan como bosones y pueden ocupar el mismo estado cuántico, formando un condensado coherente. Este condensado se describe por una única función de onda macroscópica, lo que significa que un circuito superconductor completo puede exhibir comportamiento cuántico a escala macroscópica.

Esta propiedad es la base de los qubits superconductores. Un circuito hecho enteramente de material superconductor puede comportarse como un sistema cuántico coherente, manteniendo estados de superposición y entrelazamiento durante tiempos suficientes para realizar cálculos, siempre que se mantenga a temperaturas extremadamente bajas para evitar que la energía térmica rompa los pares de Cooper y destruya la coherencia cuántica.

Los materiales más utilizados para qubits superconductores son el aluminio, con una temperatura crítica de 1,2 kelvins, y el niobio, con una temperatura crítica de 9,3 kelvins. En la práctica, los procesadores operan a unos quince milikelvins, muy por debajo de estas temperaturas críticas, para minimizar cualquier excitación térmica residual.

La unión Josephson: el corazón del qubit superconductor

Un circuito superconductor simple, como un anillo de aluminio, puede mantener una corriente fluyendo indefinidamente, pero sus niveles de energía están igualmente espaciados, como un oscilador armónico. Para convertirlo en un qubit necesitamos que los dos niveles de energía más bajos estén separados de forma diferente al resto, creando un sistema de dos niveles bien definido. Esto es lo que logra la unión Josephson.

Una unión Josephson consiste en dos electrodos superconductores separados por una barrera aislante ultrafina, típicamente de óxido de aluminio con un espesor de apenas uno o dos nanómetros. A pesar de esta barrera, los pares de Cooper pueden atravesarla por efecto túnel cuántico, creando una corriente superconductora que depende de la diferencia de fase entre las funciones de onda de ambos electrodos.

La relación entre la corriente y la fase en una unión Josephson es no lineal, una propiedad fundamental que introduce la anarmonicidad necesaria para distinguir los niveles de energía del sistema. Gracias a esta no linealidad, el circuito se comporta como un átomo artificial con niveles de energía discretos y no igualmente espaciados. Los dos niveles más bajos se utilizan como los estados cero y uno del qubit.

Brian Josephson predijo este efecto en 1962, un trabajo que le valió el Premio Nobel de Física en 1973. Décadas después, su descubrimiento se ha convertido en el componente esencial de la tecnología de computación cuántica más utilizada del mundo.

Tipos de qubits superconductores: transmon, fluxmon y xmon

No todos los qubits superconductores son iguales. A lo largo de los años se han desarrollado varios diseños, cada uno optimizando diferentes aspectos del rendimiento. El diseño dominante en 2026 es el transmon, pero otros enfoques como el fluxmon y el xmon también tienen relevancia.

El transmon, abreviatura de transmission-line shunted plasma oscillation qubit, fue propuesto por el grupo de Robert Schoelkopf en Yale en 2007 como una mejora del qubit de carga Cooper pair box. Su innovación clave es añadir un condensador grande en paralelo con la unión Josephson, lo que hace que la frecuencia del qubit sea insensible a las fluctuaciones de carga en el entorno, la principal fuente de decoherencia de sus predecesores. El precio es una reducción de la anarmonicidad, pero el beneficio en coherencia compensa con creces.

IBM utiliza transmons en todos sus procesadores, desde los primeros de cinco qubits hasta los actuales Heron de 133 qubits. Google también utiliza transmons, con un diseño ligeramente diferente llamado xmon que facilita la medición individual y la conexión entre qubits vecinos en una rejilla planar. El procesador Willow, que demostró la corrección de errores funcional, utiliza xmons optimizados.

El fluxmon es un diseño alternativo utilizado por D-Wave en sus annealers cuánticos y explorado por Google para ciertos experimentos. En lugar de almacenar información en el número de pares de Cooper, utiliza la dirección de flujo magnético en un circuito superconductor con una o más uniones Josephson. Los fluxmons son naturalmente adecuados para el annealing cuántico porque su energía puede controlarse variando el flujo magnético externo.

Cómo se controla un qubit superconductor: pulsos de microondas y electrónica

Los qubits superconductores operan a frecuencias de microondas, típicamente entre cuatro y ocho gigahercios, similares a las frecuencias de las redes Wi-Fi o los hornos microondas. Para manipular el estado de un qubit, se envían pulsos de microondas cuidadosamente calibrados a través de líneas de transmisión que conectan la electrónica de control a temperatura ambiente con el chip cuántico dentro del refrigerador criogénico.

Una puerta de un solo qubit, como una rotación Hadamard o una rotación alrededor del eje X, se implementa enviando un pulso de microondas con la frecuencia resonante del qubit, la duración precisa y la fase correcta. La duración típica de estas puertas es de veinte a cincuenta nanosegundos, lo que permite ejecutar miles de operaciones dentro del tiempo de coherencia del qubit.

Las puertas de dos qubits, como la CNOT o la iSWAP, se implementan activando temporalmente la interacción entre dos qubits vecinos, ya sea sintonizando sus frecuencias para que sean resonantes o activando un acoplador intermedio. Estas puertas son más lentas, entre cien y cuatrocientos nanosegundos, y tienen mayores tasas de error, lo que las convierte en el cuello de botella del rendimiento.

La medición del qubit se realiza dispersivamente: se envía una señal de microondas a un resonador acoplado al qubit y se analiza la señal reflejada. La frecuencia del resonador depende ligeramente del estado del qubit, lo que permite distinguir entre cero y uno sin destruir directamente el estado cuántico durante la ejecución del circuito, aunque la medición final sí colapsa la superposición.

El refrigerador de dilución: cómo se alcanza el cero absoluto

El componente más visualmente impactante de un ordenador cuántico superconductor es el refrigerador de dilución, una estructura cilíndrica de múltiples etapas que cuelga del techo y que puede medir más de tres metros de altura. Este equipo, fabricado por empresas especializadas como Bluefors y Oxford Instruments, es responsable de enfriar el chip cuántico desde temperatura ambiente hasta quince milikelvins.

El proceso de enfriamiento se realiza en etapas sucesivas. Las primeras etapas utilizan pulsos de helio para alcanzar unos cuatro kelvins, la temperatura del helio líquido. A partir de ahí, se utiliza el proceso de dilución de helio-3 en helio-4, que explota las propiedades cuánticas de estos isótopos para extraer calor hasta alcanzar temperaturas de milikelvins.

El refrigerador no solo enfría el chip, sino también toda la electrónica de microondas que conecta el chip con el exterior: cables coaxiales, atenuadores, filtros y amplificadores deben estar a temperaturas cuidadosamente controladas en cada etapa. Un refrigerador típico tiene entre cuatro y seis etapas térmicas, cada una a una temperatura diferente, con cableado que atraviesa todas las etapas.

El coste de un refrigerador de dilución oscila entre quinientos mil y varios millones de euros, y consume entre veinticinco y treinta kilovatios de electricidad continuamente. Este es uno de los factores que hacen que los ordenadores cuánticos superconductores sean tan caros y difíciles de operar fuera de laboratorios e instalaciones de computación en la nube especializadas.

Tabla comparativa: qubits superconductores en los principales procesadores

Decoherencia en qubits superconductores: fuentes de error y mitigación

La decoherencia es el proceso por el cual un qubit pierde su información cuántica al interactuar con el entorno. En los qubits superconductores, las principales fuentes de decoherencia son los defectos en los materiales del chip, las fluctuaciones de carga eléctrica en el sustrato, la radiación infrarroja residual en el refrigerador, las cuasipartículas que rompen pares de Cooper, e incluso la radiación cósmica que atraviesa los blindajes del laboratorio.

Los tiempos de coherencia de los qubits superconductores han mejorado espectacularmente en las últimas dos décadas. Los primeros qubits superconductores en 1999 tenían tiempos de coherencia de nanosegundos. En 2026, los mejores transmons alcanzan cientos de microsegundos, una mejora de cinco órdenes de magnitud. Esta evolución se ha logrado mediante la mejora progresiva de los materiales, el diseño de los circuitos y las técnicas de fabricación.

La investigación actual se centra en identificar y eliminar las fuentes de pérdida restantes. Los estados de superficie en las interfaces entre materiales, conocidos como sistemas de dos niveles fluctuantes o TLS, son particularmente problemáticos porque interactúan directamente con el campo eléctrico del qubit. Los equipos de IBM, Google y laboratorios académicos como los del MIT y Princeton están desarrollando nuevos procesos de fabricación que reducen la densidad de estos defectos.

La corrección de errores cuánticos es la estrategia complementaria: en lugar de eliminar todos los errores a nivel de hardware, se utilizan códigos que distribuyen la información de un qubit lógico entre muchos qubits físicos, permitiendo detectar y corregir errores más rápido de lo que ocurren. El éxito de Google Willow demostrando que esto funciona en la práctica fue el hito más importante de 2024.

Fabricación: por qué se parecen a los chips clásicos y por qué eso importa

Una de las ventajas estratégicas más importantes de los qubits superconductores es que se fabrican utilizando técnicas derivadas de la industria de semiconductores convencional. Los chips cuánticos se producen en salas limpias usando litografía, deposición de materiales, grabado y otros procesos familiares para cualquier ingeniero de semiconductores.

El sustrato típico es silicio de alta resistividad, sobre el que se deposita aluminio mediante evaporación y se define el circuito del qubit usando técnicas de litografía por haz de electrones para las uniones Josephson y litografía óptica para las estructuras más grandes como los resonadores y las líneas de transmisión.

Esta compatibilidad con la infraestructura de fabricación existente significa que los qubits superconductores pueden beneficiarse de las enormes inversiones que la industria de semiconductores ha realizado durante décadas en maquinaria de producción, control de calidad y escalamiento. IBM, de hecho, fabrica sus chips cuánticos en sus propias fábricas de semiconductores, lo que le da un control sin precedentes sobre el proceso.

La escalabilidad de la fabricación es crucial para el futuro de la computación cuántica. Para alcanzar los cientos de miles de qubits físicos necesarios para la computación tolerante a fallos, se necesitarán procesos de fabricación altamente reproducibles y con rendimientos aceptables. La experiencia de la industria de semiconductores en escalar la producción de chips desde prototipos de laboratorio hasta millones de unidades es un activo que otras tecnologías de qubits, como los iones atrapados o los fotónicos, no pueden replicar fácilmente.

Ventajas e inconvenientes frente a iones atrapados y fotónicos

Los qubits superconductores compiten directamente con otras tecnologías que tienen sus propias fortalezas. Los iones atrapados, utilizados por IonQ y Quantinuum, ofrecen fidelidades de puerta de dos qubits superiores al noventa y nueve con nueve por ciento y tiempos de coherencia de segundos a minutos, órdenes de magnitud mejores que los superconductores. También ofrecen conectividad completa entre todos los qubits, mientras que los superconductores solo interactúan con sus vecinos más cercanos en el chip.

Sin embargo, los iones atrapados son significativamente más lentos en la ejecución de puertas, del orden de microsegundos frente a nanosegundos, lo que limita el número total de operaciones que se pueden realizar en un tiempo dado. También son más difíciles de escalar a cientos o miles de qubits porque requieren trampas de iones cada vez más complejas y sistemas ópticos sofisticados.

Los qubits fotónicos de PsiQuantum y Xanadu operan a temperatura ambiente o con refrigeración mínima, eliminando la necesidad de refrigeradores de dilución. Son naturalmente adecuados para la comunicación cuántica y podrían integrarse con la infraestructura de fibra óptica existente. Sin embargo, crear interacciones deterministas entre fotones es extremadamente difícil, lo que complica la implementación de puertas de dos qubits.

En la práctica, el futuro probablemente verá diferentes tecnologías de qubits coexistiendo para diferentes aplicaciones, de forma similar a cómo en la computación clásica coexisten CPUs, GPUs y TPUs, cada una optimizada para un tipo de tarea. Los qubits superconductores seguirán liderando en computación general de puertas, los iones en aplicaciones que requieren máxima fidelidad, y los fotónicos en comunicaciones cuánticas y redes cuánticas.

Preguntas frecuentes

¿Qué es un qubit superconductor?

Es un circuito eléctrico de materiales superconductores que se comporta como un sistema cuántico de dos niveles cuando se enfría a temperaturas cercanas al cero absoluto. Es la tecnología más utilizada en la industria cuántica, empleada por IBM, Google y Rigetti.

¿Por qué necesitan temperaturas tan bajas?

Para eliminar la resistencia eléctrica y reducir el ruido térmico hasta ser insignificante. Sin el enfriamiento extremo, las fluctuaciones térmicas destruirían los estados cuánticos en nanosegundos.

¿Qué es una unión Josephson?

Es un componente de dos capas superconductoras separadas por una barrera aislante ultrafina que introduce la no linealidad necesaria para crear un sistema de dos niveles utilizable como qubit.

¿Cuánto duran los estados cuánticos?

Los mejores qubits superconductores en 2026 mantienen coherencia durante cien a quinientos microsegundos. Las puertas se ejecutan en nanosegundos, permitiendo entre mil y diez mil operaciones antes de perder la información.

¿Cuáles son las ventajas e inconvenientes?

Ventajas: velocidad de operación rápida, fabricación escalable y ecosistema maduro. Inconvenientes: refrigeración criogénica cara, coherencia limitada y variabilidad entre qubits.

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