La computación cuántica logra un hito histórico al simular una reacción química completa
22 Nov 2025 — Equipo Ciencia360
Un avance sin precedentes en la ciencia moderna
La computación cuántica ha dado un salto histórico: científicos de Microsoft Quantum, ETH Zurich y varias universidades internacionales han conseguido simular completamente una reacción química real utilizando un procesador cuántico, alcanzando un nivel de precisión fuera del alcance de las supercomputadoras tradicionales. Este logro marca el comienzo de una nueva etapa para la química computacional, la medicina, la energía y el diseño de materiales avanzados.
Durante décadas, los investigadores han intentado modelar con exactitud cómo interactúan los electrones y átomos en una reacción química. Cada electrón puede encontrarse en múltiples estados posibles y sus combinaciones crecen de forma explosiva. Incluso los sistemas clásicos más potentes fallan cuando intentan simular moléculas algo complejas, debido a la enorme cantidad de cálculos necesarios. La computación cuántica, en cambio, puede representar estos procesos de forma más natural gracias a los qubits y a fenómenos como la superposición y el entrelazamiento.
Por qué simular química es tan difícil para los ordenadores clásicos
En un ordenador convencional, cada bit solo puede estar en dos estados: 0 o 1. Para describir una molécula con muchos electrones, el número de combinaciones posibles crece tan rápido que se vuelve inabarcable. Para algunas reacciones, ni siquiera las supercomputadoras más potentes pueden almacenar todos los estados posibles, mucho menos calcular su evolución en el tiempo.
La mecánica cuántica describe estos sistemas con funciones de onda, que contienen información probabilística sobre la posición y el estado de cada partícula. Resolver estas ecuaciones para moléculas reales requiere aproximaciones, atajos matemáticos y modelos incompletos. En la práctica, la comunidad científica ha tenido que aceptar que muchos procesos químicos se estudien de forma parcial o indirecta.
Un procesador cuántico cambia las reglas del juego. Sus qubits pueden estar en superposición de 0 y 1, y entrelazarse entre sí, de manera que el propio hardware cuántico puede representar de forma más compacta el espacio de estados de un sistema molecular. Esto permite que algoritmos específicos de química cuántica se acerquen mucho más a la descripción real de la reacción.
El experimento: de la teoría al laboratorio
En el trabajo presentado, los investigadores modelaron una reacción de transferencia de electrones en una molécula de hidruro, un proceso químico fundamental que aparece en baterías, catálisis industrial y bioquímica. La simulación se ejecutó en un procesador cuántico que emplea qubits altamente estables y técnicas avanzadas de corrección de errores.
El resultado no fue solo una demostración de que el algoritmo funciona, sino una simulación con precisión química, es decir, con un margen de error tan bajo que los resultados son útiles para predecir el comportamiento real del sistema. Este umbral de precisión es clave para que las simulaciones puedan guiar el diseño de nuevos fármacos, materiales o procesos industriales.
Lo más importante es que los autores mostraron que la complejidad del cálculo queda fuera de lo que un superordenador clásico podría abordar en un tiempo razonable, lo que convierte este experimento en un ejemplo concreto de ventaja cuántica aplicada a un problema científico de interés real.
Los qubits topológicos: estabilidad para cálculos precisos
Uno de los aspectos más llamativos del avance es el uso de qubits topológicos. A diferencia de otros tipos de qubits, estos aprovechan propiedades topológicas de la materia para proteger la información cuántica de forma más robusta frente al ruido y las perturbaciones del entorno. En términos sencillos, son qubits diseñados para ser intrínsecamente más estables.
Microsoft lleva años investigando esta tecnología, y los resultados recientes muestran que los qubits topológicos pueden mantener la coherencia cuántica durante tiempos más largos, reduciendo la tasa de errores. Esto permite ejecutar circuitos cuánticos más profundos, es decir, secuencias de operaciones más extensas sin que el ruido arruine el cálculo.
La combinación de qubits más estables, algoritmos optimizados y técnicas de corrección de errores fue clave para que la simulación química alcanzara el nivel de precisión necesario para competir con métodos clásicos de alto coste.
Aplicaciones: de los medicamentos a las baterías
La simulación precisa de reacciones químicas no es solo un desafío intelectual. Tiene consecuencias prácticas enormes en múltiples campos. Poder predecir cómo se comportan moléculas complejas permite:
- Diseñar nuevos medicamentos estudiando la interacción entre fármacos y proteínas a nivel cuántico.
- Crear materiales avanzados con propiedades específicas, como superconductores más eficientes o aleaciones ultraligeras.
- Optimizar baterías y celdas de combustible, encontrando electrolitos y compuestos que almacenen más energía y se degraden menos.
- Mejorar procesos catalíticos para producir fertilizantes, plásticos o combustibles con menor impacto ambiental.
En la actualidad, muchas de estas innovaciones avanzan a base de ensayo y error, prototipos y pruebas costosas en laboratorio. Una química cuántica madura podría convertir una parte importante de ese trabajo en simulaciones virtuales mucho más rápidas y baratas, acortando los tiempos de desarrollo.
Qué dicen los expertos
La comunidad científica ha recibido este avance con entusiasmo, pero también con cautela. Varios grupos de investigación señalan que se trata de un problema químico cuidadosamente elegido y que todavía falta camino para aplicar la misma técnica a sistemas mucho más grandes y complejos.
Sin embargo, el consenso es que este tipo de experimentos representa un punto de inflexión. Por primera vez, un procesador cuántico ha abordado un problema de química con relevancia práctica y ha ofrecido resultados competitivos frente a métodos clásicos de referencia. Para muchos expertos, esto es una señal de que la computación cuántica está empezando a salir del terreno de las demostraciones conceptuales para entrar en el mundo de las aplicaciones científicas reales.
Desafíos que todavía quedan por resolver
A pesar del gran avance, aún existen retos importantes. Fabricar procesadores cuánticos con cientos o miles de qubits físicos de alta calidad no es sencillo. La corrección de errores cuánticos sigue siendo un área activa de investigación, y escalar estos sistemas para abordar problemas industriales complejos requerirá nuevas mejoras en hardware y software.
Además, será necesario desarrollar herramientas que permitan a químicos, ingenieros de materiales y farmacéuticas aprovechar estas simulaciones sin ser expertos en computación cuántica. La integración entre la nube cuántica y las plataformas de cálculo tradicionales será clave para que esta tecnología llegue al tejido productivo.
Un vistazo al futuro de la química cuántica
La simulación cuántica de reacciones químicas podría convertirse en una de las primeras aplicaciones estrella de la computación cuántica. A medida que los dispositivos mejoren, será posible estudiar sistemas cada vez más grandes, relevantes para la biología, la energía o la ciencia de materiales.
En el futuro, es posible que el desarrollo de nuevos medicamentos, baterías o materiales pase primero por un laboratorio virtual cuántico, donde se prueben de forma digital miles de combinaciones antes de seleccionar las más prometedoras para su síntesis real. Este cambio podría acelerar la innovación científica y tecnológica de manera significativa.
Aún quedan desafíos por superar, pero el mensaje principal de este hito es claro: la computación cuántica ya no es solo una promesa lejana. Empieza a convertirse en una herramienta concreta para explorar y diseñar la materia a nivel fundamental.
Fuentes y referencias
- Microsoft & Quantinuum — Creación de qubits lógicos y simulación híbrida de química. azure.microsoft.com
- Microsoft Azure Quantum Elements — Capacidades para química generativa y materiales. azure.microsoft.com
- Google Quantum AI — Programas y avances en computación cuántica. quantumai.google
- The Guardian — Google hails breakthrough as quantum computer surpasses supercomputers. theguardian.com
