Un equipo internacional de investigadores ha logrado por primera vez construir un cristal temporal discreto en dos dimensiones utilizando un procesador cuántico de IBM. El resultado, publicado en Nature Communications en enero de 2026, demuestra que estas exóticas fases de la materia son más robustas de lo que se creía y abre nuevas vías para la investigación en física cuántica y computación.

¿Qué es un cristal temporal?

En un cristal ordinario, como la sal de mesa, los átomos se organizan en una estructura que se repite en el espacio: una red cristalina con un patrón regular. Un cristal temporal, en cambio, es un estado de la materia cuya estructura se repite en el tiempo.

Predichos teóricamente por el premio Nobel Frank Wilczek en 2012 y observados experimentalmente por primera vez en 2017, los cristales temporales discretos (DTC, por sus siglas en inglés) exhiben un comportamiento peculiar: cuando se les aplica un pulso periódico a una determinada frecuencia, sus partículas oscilan a una frecuencia diferente. Por ejemplo, si se les “empuja” una vez, necesitan dos ciclos completos para volver a su estado original. Esto constituye una ruptura espontánea de la simetría de traslación temporal discreta, un fenómeno sin análogo en la materia convencional.

Lo notable es que estas oscilaciones son estables y persistentes, sin necesidad de energía adicional para mantenerse. No se trata de un “movimiento perpetuo” real (no violan la termodinámica), pero sí representan un estado fuera del equilibrio térmico que se resiste a degradarse.

De una dimensión a dos: por qué es tan difícil

Hasta ahora, los cristales temporales experimentales habían sido esencialmente cadenas unidimensionales de partículas. En una dimensión, el mecanismo que los estabiliza, conocido como localización de muchos cuerpos (many-body localization, MBL), funciona relativamente bien: la “fricción interna” del sistema impide que la energía se distribuya uniformemente y destruya el orden temporal.

Pasar a dos dimensiones es un salto cualitativo. En un sistema bidimensional, la energía tiene muchas más rutas para propagarse, lo que dificulta enormemente mantener el sistema “localizado” e impedir que alcance el equilibrio térmico. Por eso muchos físicos dudaban de que un cristal temporal pudiera sobrevivir en dos dimensiones.

Cómo lo hicieron: 144 qubits en una red hexagonal

El equipo, formado por investigadores de Basque Quantum (BasQ), el NIST (Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de EE. UU.) e IBM, utilizó el procesador cuántico IBM Heron r2 de 156 qubits, disponible en el centro IBM–Euskadi Quantum Computational Center de Donostia/San Sebastián.

Diagrama del cristal temporal bidimensional y la red hexagonal de qubits Crédito: Switzer et al. (2026), Nature Communications, CC BY 4.0

De los 156 qubits disponibles, configuraron 144 en una red hexagonal decorada y establecieron entre ellos interacciones del tipo Heisenberg anisotrópico: un modelo cuántico en el que los espines de las partículas se influyen mutuamente a lo largo de tres ejes espaciales, con intensidades diferentes según la dirección. Este tipo de interacción es más realista y complejo que el modelo de Ising empleado en estudios anteriores.

El protocolo experimental consistió en:

  1. Inicializar los qubits en un estado específico.
  2. Aplicar pulsos periódicos (un “driving” o fuerza motriz cíclica).
  3. Observar si el sistema mostraba respuesta subarmónica: oscilaciones con un periodo que es el doble del pulso aplicado.

Y funcionó. Los qubits comenzaron a oscilar de forma coordinada, resistiendo la entropía y manteniendo el orden temporal. La red se comportó como un cristal temporal bidimensional.

Un rico diagrama de fases

Además de demostrar la existencia del cristal temporal 2D, los investigadores mapearon un diagrama de fases completo del sistema, identificando tres regímenes distintos:

  • Fase de vidrio de espín (spin-glass): los espines se congelan en configuraciones desordenadas.
  • Fase ergódica: el sistema se termaliza y pierde cualquier orden especial.
  • Fase de cristal temporal: las oscilaciones subarmónicas se mantienen estables.

El equipo identificó cómo la inicialización del sistema, la anisotropía de la interacción y el protocolo de pulsos determinan conjuntamente en qué fase se estabiliza el sistema.

Verificación: cuántico vs. clásico

Para validar sus resultados, los investigadores emplearon un enfoque híbrido cuántico-clásico. Utilizaron redes tensoriales con propagación de creencias (belief propagation) para simular clásicamente el comportamiento del sistema y compararlo con los datos del procesador cuántico.

En los tamaños más pequeños, ambos métodos coincidieron, confirmando la fiabilidad de los resultados cuánticos. Pero en las configuraciones más grandes, los investigadores alcanzaron un régimen que no pudieron simular clásicamente: necesitaron el sistema cuántico para explorar parámetros inaccesibles para los ordenadores convencionales.

Como señaló el equipo: “absolutamente necesitábamos el sistema cuántico para sondear algo tan grande como lo que hicimos”.

¿Por qué importa?

Computación cuántica

Los cristales temporales podrían servir como memorias cuánticas naturalmente protegidas. Su resistencia inherente a la termalización sugiere aplicaciones para proteger la información cuántica de la decoherencia, uno de los mayores obstáculos de la computación cuántica.

Ciencia de materiales

Comprender mejor las interacciones de tipo Heisenberg en sistemas bidimensionales tiene implicaciones directas para el estudio de imanes de molécula única, cadenas metálicas y arquitecturas basadas en puntos cuánticos semiconductores.

Sensores y relojes

La estabilidad de las oscilaciones en cristales temporales podría aprovecharse para construir sensores de alta precisión, mejorar relojes atómicos y desarrollar nuevos tipos de giroscopios cuánticos.

Los ordenadores cuánticos como laboratorios

Este trabajo demuestra que los procesadores cuánticos actuales pueden funcionar como “laboratorios digitales” para descubrir y estudiar nuevas fases de la materia. Como señaló Javier Aizpurua, director científico de BasQ e investigador del DIPC: esta cooperación “nos permite abrir nuevas líneas de investigación y avanzar en la comprensión de fenómenos cuánticos complejos”.

El siguiente paso

El equipo ya tiene planes para el futuro. El objetivo es intentar construir cristales temporales aún más complejos en los procesadores IBM Quantum Nighthawk, donde cada qubit puede conectarse con hasta cuatro vecinos en lugar de dos o tres como en Heron. Más conectividad significa más complejidad y la posibilidad de capturar dinámicas nuevas que aún no se han observado.

En palabras de los investigadores: “La dimensionalidad importa… el tamaño importa”. El salto de una a dos dimensiones ya reveló dinámicas que nunca se habían estudiado en experimentos de laboratorio ni en simulaciones clásicas. Tres dimensiones podrían deparar más sorpresas.

Referencias