Los ordenadores cuánticos de iones atrapados ofrecen una de las precisiones más altas de todos los enfoques, pero cuantos más cúbits tienen, más compleja se vuelve la distribución de la luz láser, y eso ha frenado su escalado. Un equipo de la Universidad de Osaka ha propuesto una arquitectura de circuitos fotónicos que aborda este "problema del cableado" y traza un camino concreto para controlar cientos de cúbits en un solo chip y, en el futuro, miles.

¿Qué es la computación cuántica de iones atrapados?: la base de cálculo cuántico más precisa

No hay una sola forma de construir un ordenador cuántico. Compiten en todo el mundo varios enfoques, como el superconductor que usa Google, el de átomos neutros o el fotónico, que utiliza los propios fotones como cúbits. Entre ellos, el de iones atrapados destaca hoy por la precisión (fidelidad) de sus operaciones de puerta cuántica.

En este enfoque, los iones (átomos con carga eléctrica) se mantienen suspendidos en el vacío mediante campos electromagnéticos y se confinan en un espacio diminuto. Atrapados en dispositivos llamados trampas de Paul o de Penning, quedan aislados del ruido exterior y logran tiempos de coherencia largos. A diferencia de los dispositivos de estado sólido, los iones no sufren variaciones de fabricación: todos los cúbits son idénticos por naturaleza, y esa uniformidad es la fuente de su alta precisión.

En Estados Unidos, Quantinuum e IonQ desarrollan máquinas con este enfoque y avanzan en su comercialización. En Japón, el Centro de Información Cuántica y Biología Cuántica (QIQB) de la Universidad de Osaka es un referente de la investigación en iones atrapados; en diciembre de 2025 logró operar un ordenador cuántico de iones atrapados a través de la nube.

El cuello de botella oculto: la distribución de la luz láser

El mayor reto técnico de los iones atrapados es el escalado. El láser es imprescindible para manejar los cúbits: para atrapar y enfriar los iones, inicializar y medir sus estados cuánticos y ejecutar las puertas cuánticas hay que dirigir con precisión láseres de varias longitudes de onda.

Con pocos cúbits, la luz puede gestionarse con óptica espacial convencional, con espejos y lentes. Pero al pasar a decenas o cientos de cúbits, las rutas de la luz se complican de forma explosiva. La mesa del laboratorio se llena de lentes y espejos, y el sistema deja de ser escalable físicamente.

Una solución prometedora son los circuitos fotónicos: guías de onda a escala nanométrica integradas en un chip que conducen, reparten, modulan y emiten la luz con dispositivos compactos. Centros punteros como el MIT ya desarrollan chips fotónicos para iones atrapados, y en enero de 2026 el MIT presentó un método de enfriamiento de iones muy eficiente con uno de estos chips.

Sin embargo, había un punto ciego. Aunque mejoraba el rendimiento de cada componente, apenas se había discutido cómo organizar los circuitos fotónicos en el conjunto de un sistema a gran escala, es decir, el diseño a nivel de arquitectura.

La propuesta de Osaka: comparar dos arquitecturas de distribución de la luz

El grupo del profesor asociado Yuto Osada y del profesor Koichiro Miyanishi (en el momento de la investigación; hoy en la startup Qubitcore), del QIQB de la Universidad de Osaka, ha presentado un trabajo que llena ese vacío. El artículo se publicó el 2 de enero de 2026 en APL Quantum, revista del Instituto Americano de Física, y la universidad anunció el resultado el 27 de enero. La investigación contó con el apoyo del objetivo 6 del programa Moonshot de la Agencia de Ciencia y Tecnología de Japón (JST).

El equipo partió de la "arquitectura CCD cuántica", en la que se colocan muchas zonas de captura de iones en un chip y los iones se desplazan libremente variando la tensión de los electrodos mientras se realiza el cálculo. Se considera una arquitectura prometedora para la próxima generación de iones atrapados, y exige enviar a cada zona un conjunto de haces de varias longitudes de onda.

Para este problema de distribución de luz multilongitud de onda, el equipo propuso y comparó dos métodos.

Método A: "repartir y luego reordenar" Primero se reparte la luz de cada longitud de onda en el número necesario de haces con divisores, y después se reordena todo de una vez por longitud de onda para enviarlo a cada zona.

Método B: "repartir y reordenar de forma alterna" El reparto y la reordenación se alternan por etapas hasta llegar finalmente a cada zona.

Tras analizar en ambos métodos el número de elementos de circuito necesarios y la eficiencia de la potencia óptica total, se comprobó que el método B es superior en eficiencia de potencia. Con él, incluso con sistemas láser comerciales se puede suministrar luz suficiente para un ordenador cuántico de iones atrapados de cientos de cúbits.

De cientos a miles de cúbits: la hoja de ruta de la ampliación

La importancia del trabajo va más allá de una propuesta teórica. Evaluó de forma práctica hasta dónde se puede llegar con los láseres comerciales disponibles hoy y mostró de manera concreta que cientos de cúbits son viables.

El equipo cree además que, si se reducen las pérdidas de los elementos fotónicos y mejoran las fuentes láser, la arquitectura propuesta podría controlar miles de cúbits. Y combinada con la "conexión cuántica óptica", que une ordenadores cuánticos separados mediante la interferencia cuántica de fotones, cabría ampliarla todavía más.

En la conexión cuántica óptica también trabaja el grupo del profesor asociado Yuki Takahashi, del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST), y se espera llegar a ordenadores cuánticos "modulares" que conecten varias trampas de iones con fibra óptica. La arquitectura de Osaka puede verse como una guía de diseño para el lado de los "nodos" de ese enfoque modular.

Su lugar en la competencia mundial

La competencia en ordenadores cuánticos de iones atrapados se intensifica. La estadounidense IonQ adquirió en 2025 la tecnología de trampas integradas en chip de Oxford Ionics y la de interconexión fotónica de Lightsynq, y anunció una ambiciosa hoja de ruta: 20.000 cúbits físicos (dos chips conectados) para 2028 y 2 millones para 2030. Quantinuum va por delante en la demostración de cúbits lógicos con corrección de errores y avanza en sus planes de escalado para la década de 2030.

En una carrera de tamaño puro frente a estos gigantes, Japón está en desventaja por financiación. Pero este trabajo de Osaka es una aportación de base, una teoría de diseño de arquitecturas fotónicas, con un valor universal que no depende de un fabricante concreto. Cómo diseñar el reparto del láser en el chip es un problema ineludible para cualquier organización que desarrolle ordenadores de iones atrapados, y haber presentado un marco teórico pionero en este campo es muy significativo.

También merece atención que startups como Qubitcore, donde trabaja Miyanishi, empiecen a servir de puente para llevar la investigación básica universitaria a la práctica.

El "plano de luz" del ordenador cuántico

La arquitectura de circuitos fotónicos propuesta por la Universidad de Osaka llena el vacío del "plano" para escalar los ordenadores cuánticos de iones atrapados. Que el debate haya pasado de mejorar componentes sueltos a buscar la configuración óptima del sistema completo indica que la tecnología madura con paso firme hacia la aplicación práctica.

Los enfoques de computación cuántica aún no se han reducido a uno: superconductores, iones atrapados, átomos neutros, fotónica y cúbits topológicos avanzan en paralelo. En Japón, la etapa de "cultivar posibilidades diversas" está en su momento clave.

En Japón la investigación de las tecnologías de base de la computación cuántica avanza con firmeza. ¿En qué fase está el desarrollo de la tecnología cuántica en tu país?

Referencias