El helio-3 podría triplicar la velocidad de las computadoras cuánticas

Los físicos propusieron construir sistemas cuánticos con átomos de helio-3, la especie atómica más ligera que puede mantenerse y controlarse en las trampas láser actuales. Los cálculos muestran que la baja masa del helio-3 permite que los átomos se desplacen entre trampas por tunelización cuántica al menos tres veces más rápido que en los sistemas ya probados con litio-6. Desplazamientos más rápidos pueden facilitar la computación cuántica y la simulación de sistemas físicos complejos.

Un equipo de varias universidades estadounidenses presentó no un ordenador listo, sino una arquitectura detallada de la futura plataforma. El trabajo se publicó el 8 de julio de 2026 en PRX Quantum, y el 8 de septiembre los investigadores revelaron los planes para la realización experimental del sistema. El proyecto se basa en átomos metastables de helio-3, colocados en una matriz programable de trampas láser.

La velocidad está directamente relacionada con la masa del átomo. Cuanto más ligera es la partícula, más rápido puede tunelizar entre trampas vecinas bajo las mismas condiciones. Para el helio-3 los autores estimaron una velocidad al menos tres veces mayor que la demostrada anteriormente con litio-6. El desplazamiento rápido es importante no solo por sí mismo: en los procesadores de átomos neutros hay que mover los átomos, acercarlos para que interactúen y separarlos después de las operaciones.

Los átomos individuales se planea mantener con pinzas ópticas, haces láser enfocados que crean trampas potenciales microscópicas. Durante mucho tiempo el helio presentó dificultades por la energía demasiado alta de las transiciones electrónicas, pero el átomo puede llevarse a un estado metastable. En el helio ese estado se mantiene alrededor de dos horas, por lo que los investigadores esperan disponer de tiempo suficiente para enfriar, capturar y controlar las partículas individuales.

La baja masa ofrece además otra posibilidad. Los autores proponen codificar los qubits directamente en el movimiento del átomo dentro de la trampa láser, usando diferentes estados vibracionales cuantizados. Los cálculos también consideran interacciones mediante estados de Rydberg, que pueden ligar a los átomos y emplearse para operaciones cuánticas. Los niveles de energía más separados del helio deberían facilitar el enfriamiento por láser respecto al litio.

La elección del helio-3 no responde solo a la masa. El helio-3 es un fermión, mientras que el helio-4 corriente es un bosón. La naturaleza fermiónica permite reproducir directamente el comportamiento de los electrones y de otros sistemas fermiónicos, sin tener que convertir todo el problema a una representación artificial con qubits bosónicos. Los autores consideran que este enfoque es prometedor para la química cuántica, las teorías de gauge en redes y otras tareas donde el movimiento de fermiones desempeña un papel central.

Aún falta mucho para un procesador operativo. Los investigadores planean primero practicar la captura de átomos con el más accesible helio-4 y luego pasar al costoso helio-3. Se espera realizar los primeros experimentos de retención de átomos individuales de helio-3 en pinzas ópticas en el plazo de uno o dos años. Para futuras instalaciones bastarán decenas de átomos, de modo que el alto coste del isótopo no debería ser la principal limitación en la fase de laboratorio.

La propuesta surge en medio del rápido crecimiento de las plataformas de átomos neutros. Las instalaciones actuales ya mantienen miles de átomos individuales en matrices láser reconfigurables, y la tarea de ingeniería clave no es solo aumentar el número de qubits, sino también mover rápidamente la información cuántica entre distintas zonas del sistema. El helio-3 propone acelerar precisamente esas operaciones gracias a una propiedad fundamental del átomo: su pequeña masa.

El trabajo con átomos metastables de helio-3 no debe confundirse con otra idea publicada recientemente sobre el mismo isótopo. Un grupo independiente propuso un qubit en helio-3 superfluido y calculó para él una reducción de errores de aproximadamente cien veces frente a los esquemas superconductores. En el proyecto de pinzas ópticas el helio no se usa como líquido superfluido, y la ventaja declarada se refiere ante todo a la velocidad de tunelización y al desplazamiento de átomos individuales.