Cuando se habla de computación cuántica, lo primero que suele mencionarse son los qubits, esas unidades cuánticas capaces de estar en varios estados a la vez y que prometen revolucionar la informática tal y como la conocemos. Pero lo que muchos no saben es que los qubits no son la única opción. Existen otros sistemas llamados qutrits y ququarts que podrían convertirse en piezas clave para hacer que los ordenadores cuánticos sean más potentes y eficientes.
Un reciente estudio publicado en la revista científica Nature (2025) ha demostrado por primera vez que es posible aplicar técnicas de corrección de errores a estos sistemas más complejos, un paso crucial para su futuro uso práctico. Este avance podría marcar el comienzo de una nueva etapa en la evolución de la computación cuántica.
De los bits a los qubits… y más allá
En los ordenadores clásicos, la información se codifica en bits, que pueden tener el valor 0 o 1. En cambio, los ordenadores cuánticos utilizan qubits, que pueden representar 0, 1 o una combinación de ambos al mismo tiempo gracias al principio de superposición.
Los qutrits y ququarts amplían esta idea:
- Un qutrit puede estar en tres estados distintos: |0⟩, |1⟩ y |2⟩.
- Un ququart permite cuatro estados: |0⟩, |1⟩, |2⟩ y |3⟩.
- A estos sistemas se les llama en general qudits, donde la letra “d” representa el número de niveles posibles.
Cuantos más estados tenga un qudit, más información puede almacenar y procesar una sola unidad física, lo que abre la posibilidad de hacer más con menos.
¿Por qué no se han usado más hasta ahora?
Aunque los qudits ofrecen ventajas teóricas muy interesantes, su aplicación práctica ha sido limitada por varios motivos:
- Hardware poco preparado: la mayoría de los dispositivos cuánticos actuales están diseñados para trabajar con qubits, no con sistemas más complejos.
- Mayor dificultad de control: manejar más niveles cuánticos exige una precisión extremadamente alta.
- Errores más frecuentes: cuantos más estados tiene un sistema, más fácil es que se produzcan fallos por interferencias externas.
- Modelos de programación diferentes: los algoritmos cuánticos actuales están optimizados para qubits, y adaptar esos algoritmos a qutrits o ququarts requiere rediseños importantes.
El avance: corregir errores en sistemas de más de dos estados
Uno de los mayores retos de la computación cuántica es que sus unidades de información son muy inestables. Por eso, desarrollar mecanismos de corrección de errores es fundamental para que cualquier sistema cuántico funcione de forma fiable.
El nuevo estudio, llevado a cabo por investigadores de varias universidades, utilizó un tipo de circuito llamado transmon acoplado a una cavidad de microondas. Este dispositivo permitió crear estados de qutrit y ququart que podían mantenerse durante un tiempo determinado.
El gran logro fue que, aplicando técnicas de corrección de errores diseñadas especialmente para qudits, lograron mejorar significativamente la estabilidad de estos sistemas:
- Un qutrit corregido funcionó casi igual de bien que un qubit sin corrección.
- Un ququart corregido superó el rendimiento de un qutrit sin corregir.
- En todos los casos, la duración de los estados mejoró cerca de un 80 % respecto a su versión sin corrección.
Este avance demuestra que los qudits no solo son posibles, sino que pueden ser útiles si se controlan de forma adecuada.
¿Qué ventajas ofrecerían los qutrits y ququarts?
Los beneficios potenciales de utilizar qutrits o ququarts en lugar de qubits son muchos:
✅ Mayor capacidad de almacenamiento por unidad física
✅ Reducción del número total de unidades necesarias para una tarea
✅ Ahorro en espacio, energía y complejidad del sistema
✅ Más eficiencia en la ejecución de algoritmos cuánticos complejos
✅ Aplicaciones en criptografía más seguras gracias a sistemas multivalentes
¿En qué áreas podrían aplicarse?
Aunque todavía estamos lejos de ver estas tecnologías aplicadas en productos comerciales, los qudits podrían ser muy útiles en campos como:
- Ciencia de materiales: para simular moléculas o estructuras complejas.
- Finanzas: para resolver modelos de optimización imposibles de abordar hoy.
- Medicina personalizada: para analizar grandes volúmenes de datos genéticos.
- Criptografía cuántica avanzada: con protocolos más seguros frente a ataques.
- Meteorología y predicciones climáticas: con simulaciones más precisas.
Una evolución natural
Los qubits seguirán siendo una parte fundamental de la computación cuántica durante años, pero los qutrits y ququarts representan un paso natural en la evolución hacia sistemas más potentes, versátiles y escalables. Si los investigadores logran superar los desafíos técnicos actuales —especialmente en control y corrección de errores—, podríamos ver un salto significativo en el rendimiento y las capacidades de los ordenadores cuánticos.
La pregunta ya no es si dejaremos atrás los qubits, sino cuándo y cómo lo haremos.
📚 Referencia científica: Nature, 2025. DOI: 10.1038/s41586-025-08899-y
📊 Infografía: qubit vs qutrit vs ququart, comparativa visual de estados cuánticos
vía: Noticias inteligencia artificial
