Surrey Team Proposes Superfluid Helium Qubit Design to Cut Quantum Error Rates

GUILDFORD, Reino Unido — Investigadores de la University of Surrey han presentado un nuevo diseño conceptual para un bit cuántico, o qubit, que utiliza helio superfluido para reducir significativamente las tasas de error en el hardware cuántico, según la información publicada el 8 de septiembre de 2026 por phys.org. La arquitectura propuesta aborda uno de los cuellos de botella más persistentes en la ciencia de la información cuántica: la vulnerabilidad de los qubits físicos al ruido ambiental, lo que provoca la degradación del estado cuántico y errores de cálculo. Al aprovechar las propiedades coherentes y sin fricción del helio líquido enfriado cerca del cero absoluto, el equipo de investigación de Surrey busca establecer una novedosa plataforma física que podría simplificar el camino hacia ordenadores cuánticos de gran escala y tolerantes a fallos.

## Key facts - Investigadores de la University of Surrey diseñaron una arquitectura conceptual de qubits que aprovecha las propiedades físicas del helio superfluido. - El diseño está concebido para mitigar la decoherencia y el ruido operacional, los cuales obligan actualmente a los desarrolladores de hardware cuántico a implementar pesados protocolos de corrección de errores. - El helio-4 líquido experimenta una transición de fase a un estado superfluido en su punto lambda de aproximadamente 2.17 Kelvin (-270.98 grados Celsius), donde su viscosidad cae precisamente a cero. - Los procesadores cuánticos superconductores estándar, como los que se basan en qubits transmon, funcionan dentro de refrigeradores de dilución a temperaturas ultrabajas de entre 10 y 15 milikelvin. - El desarrollo conceptual se produce en medio de inversiones internacionales más amplias en hardware cuántico, incluida la Estrategia Nacional Cuántica decenal de £2.5 billion del Reino Unido, que se extiende de 2023 a 2033.

## What happened El equipo de investigación de la University of Surrey ha formulado un marco teórico y conceptual para un qubit que integra helio superfluido como su medio central. En la informática clásica, un bit existe estrictamente como un cero o un uno binario. Un bit cuántico, por el contrario, se apoya en principios de la mecánica cuántica como la superposición y el entrelazamiento para existir en una combinación de estados simultáneamente, lo que permite ventajas de procesamiento exponencial para problemas matemáticos específicos.

Sin embargo, las implementaciones físicas existentes de los qubits —ya sea diseñadas a partir de circuitos superconductores, iones atrapados o puntos cuánticos semiconductores— son excepcionalmente frágiles. Pequeñas perturbaciones procedentes de la energía térmica circundante, radiación electromagnética dispersa o imperfecciones del material a nivel atómico hacen que los qubits pierdan sus propiedades cuánticas, un fenómeno conocido como decoherencia. Cuando ocurre la decoherencia, la información almacenada se corrompe, introduciendo errores en los cálculos.

Según la información de phys.org, el diseño conceptual de la University of Surrey ofrece un enfoque estructural innovador para aislar el qubit de estas perturbaciones ambientales. Al utilizar helio superfluido —un estado de la materia en el que el helio líquido fluye con viscosidad mecánica cero y muestra coherencia cuántica macroscópica—, el diseño crea un sustrato criogénico excepcionalmente silencioso. La arquitectura teórica minimiza la disipación no deseada de energía y el desfase, lo que potencialmente permite que la información cuántica persista durante duraciones significativamente más largas que en los dispositivos convencionales de estado sólido.

## Why it matters El principal obstáculo que impide a los ordenadores cuánticos resolver problemas complejos del mundo real —como simular estructuras moleculares para farmacología avanzada, optimizar redes logísticas globales o descifrar algoritmos criptográficos modernos— es el escalado del hardware. Si bien los procesadores cuánticos modernos contienen de docenas a cientos de qubits físicos, las tasas de error actuales siguen siendo demasiado altas para un cálculo sostenido y sin asistencia. Las tasas de error de puerta de dos qubits en los sistemas superconductores líderes suelen oscilar entre el 0.1 por ciento y el 1 por ciento.

Para lograr un cálculo fiable, los sistemas deben emplear la Corrección de Errores Cuánticos (QEC). Los protocolos de QEC agrupan docenas, cientos o incluso miles de qubits físicos para construir un único "qubit lógico" altamente duradero. Bajo los umbrales de error actuales, construir un ordenador cuántico comercialmente viable con unos pocos miles de qubits lógicos requeriría un sistema que incorpore millones de qubits físicos. Dicha escala presenta barreras de ingeniería masivas, que incluyen demandas extremas de refrigeración, un cableado de control de microondas complejo y un alto consumo de energía.

Si el concepto de qubit de helio superfluido de la University of Surrey logra incluso una modesta reducción en las tasas de error físico, podría alterar fundamentalmente estas dinámicas de escalado. Unas tasas intrínsecas de error físico más bajas reducen la proporción de sobrecoste estructural —el número de qubits físicos requeridos para respaldar cada qubit lógico—. Disminuir esta proporción en un orden de magnitud permitiría a los fabricantes de hardware cuántico alcanzar una computación cuántica tolerante a fallos con procesadores físicos drásticamente más pequeños, reduciendo la complejidad de fabricación del hardware y los costes operativos.

## The background La física detrás de la superfluidez se remonta a casi un siglo. En 1937, los físicos Pyotr Kapitsa en Moscú, junto con John F. Allen y Don Misener en Cambridge, descubrieron de manera independiente que el helio-4 líquido pasa a un estado superfluido cuando se enfría por debajo de 2.17 Kelvin, un límite conocido como el punto lambda. En este régimen, los átomos de helio se condensan en un único estado fundamental cuántico macroscópico descrito por una sola función de onda. El helio superfluido conduce el calor casi de manera instantánea, no exhibe viscosidad medible y puede trepar en una película microscópica sobre las paredes de su recipiente de contención.

Durante las últimas dos décadas, los físicos han explorado periódicamente el helio líquido como un entorno ideal para experimentos cuánticos. Una vía destacada involucró "electrones sobre helio", donde electrones individuales son atrapados sobre la superficie del helio líquido por sus propias cargas imagen y mantenidos en su lugar por campos electrostáticos exteriores. Debido a que el helio líquido no contiene prácticamente impurezas atómicas, posee un espín nuclear nulo y mantiene una superficie líquida excepcionalmente suave y libre de defectos cristalinos, los electrones suspendidos sobre él experimentan un ruido magnético y eléctrico extremadamente bajo.

A pesar de estas atractivas características físicas, los enfoques de estado sólido obtuvieron una ventaja masiva en la carrera global por la supremacía cuántica. Los circuitos superconductores basados en uniones Josephson —pioneros a finales de la década de 1990 y principios de la de 2000— se beneficiaron de las técnicas establecidas de litografía de semiconductores, lo que permitió a empresas como IBM, Google y Rigetti escalar rápidamente los diseños de chips. Del mismo modo, los sistemas de iones atrapados desarrollados por empresas como IonQ y Quantinuum aprovecharon controles láser precisos para lograr altas fidelidades de puerta. No obstante, a medida que tanto los sistemas superconductores como los de iones atrapados se acercan a techos de ingeniería relacionados con la diafonía, los defectos de los materiales y la densidad del cableado, arquitecturas físicas alternativas —incluidos los átomos neutros, los qubits topológicos y los sistemas de helio líquido— están recibiendo un renovado análisis por parte de instituciones de investigación de todo el mundo.

## Reaction Aunque el equipo de la University of Surrey ha presentado una vía teórica prometedora, los físicos experimentales y los ingenieros cuánticos enfatizan que los diseños conceptuales de qubits representan solo la fase inicial de un largo ciclo de desarrollo. Los investigadores académicos en ciencia de la información cuántica generalmente evalúan las nuevas propuestas de qubits basándose en pruebas matemáticas rigurosas de control de estado, modelado detallado del ruido y viabilidad en condiciones estándar de laboratorio.

Los especialistas de la industria señalan que traducir los conceptos de helio superfluido a hardware físico plantea desafíos únicos de ingeniería microfluídica y criogénica. El funcionamiento de sistemas de helio líquido a temperaturas de milikelvin dentro de refrigeradores de dilución requiere una gestión de presión ultraprecisa, amortiguación acústica especializada y sistemas microelectromecánicos (MEMS) avanzados para manipular el fluido sin introducir turbulencias mecánicas.

Asimismo, los organismos públicos de investigación del Reino Unido —que operan bajo la Estrategia Nacional Cuántica de £2.5 billion del gobierno— han priorizado cada vez más los proyectos que tienden un puente entre la física teórica y la fabricación práctica. Los observadores del sector esperan que los especialistas en hardware cuántico analicen minuciosamente la propuesta del equipo de Surrey en los próximos simposios académicos para evaluar si el diseño puede interconectarse sin problemas con las electrónicas de control de microondas o los sistemas de lectura óptica existentes.

## What we don't know yet Varios detalles técnicos siguen sin confirmarse con respecto al diseño del qubit de la University of Surrey: - El mecanismo físico exacto utilizado para codificar estados cuánticos dentro o sobre el medio de helio superfluido (por ejemplo, si el qubit utiliza estados de espín electrónico, ondas acústicas de superficie o líneas de vórtice cuantizadas) no se detalla completamente en el informe preliminar. - El proyecto aún no ha publicado mediciones empíricas del tiempo de relajación de energía (T1) o del tiempo de desfase (T2), ya que estas métricas requieren la creación de prototipos físicos y pruebas en un entorno criogénico. - La arquitectura de control precisa para realizar operaciones de puerta de un solo qubit y de dos qubits sigue sin verificarse. No está claro si la manipulación de estados dependerá de pulsos de radiofrecuencia, resonadores de microondas o pinzas ópticas láser enfocadas. - Se desconoce la compatibilidad del diseño con los procesos estándar de fabricación de semiconductores. Los desarrolladores deben determinar si las celdas de qubits de helio superfluido se pueden fabricar en masa sobre obleas de silicio o zafiro junto con circuitos de lectura clásicos.

## What to watch Entre los desarrollos clave que habrá que seguir en los próximos meses se incluyen: - La publicación formal del artículo revisado por pares del equipo de investigación de Surrey en una revista académica de primer nivel, que describirá el marco matemático completo, los parámetros físicos y la geometría del dispositivo. - Las presentaciones del equipo de la University of Surrey en conferencias internacionales de física, como la reunión de marzo de la American Physical Society (APS), donde científicos independientes analizarán el modelado teórico. - Anuncios de concesión de subvenciones de seguimiento o asociaciones industriales destinadas a construir el primer prototipo físico del qubit de helio superfluido. - Esfuerzos experimentales de centros de investigación cuántica y criogénica rivales que busquen replicar o adaptar sustratos de helio superfluido para el aislamiento de estados cuánticos.

Este informe se basa en la cobertura original de phys.org.