Licenciado (1986) y Doctor en Ciencias Físicas (1991) por la Universidad Complutense de Madrid, centro en el que ha desarrollado la mayor parte de su carrera profesional, siendo catedrático de Física Teórica desde 2011. Fue Visiting Research Scholar en la Universidad de Princeton (1991-93), e investigador invitado en numerosas instituciones internacionales. ORCID id: https://orcid.org/0000-0003-2746-5062. Google Scholar: https://scholar.google.com/citations?hl=en&user=_ITOFSYAAAAJ.

A lo largo de su carrera investigadora ha realizado contribuciones muy significativas en el ámbito de la computación cuántica, la corrección de errores cuánticos y la física de materiales topológicos. Ha introducido varios códigos de corrección de errores topológicos, entre ellos los llamados "Códigos de Color Topológicos", que ofrecen ventajas con respecto a los códigos convencionales y han inspirado el desarrollo de otros códigos más avanzados. También ha diseñado nuevos algoritmos cuánticos, como la versión cuántica del PageRank, y ha desarrollado la primera arquitectura de robot cuántico que mejora a sus homólogos clásicos. Por otro lado, su trabajo en invariantes topológicos a temperatura finita ha desafiado conceptos que eran considerados ya establecidos sobre la estabilidad de los sistemas cuánticos ante efectos térmicos y de disipación, llegando por todo ello a ser un referente en el campo de la física cuántica.

Desde su creación en 2004 lidera el primer grupo de información y computación cuánticas en la UCM (Grupo GICC), formado por ocho miembros, que obtuvo la calificación de Grupo de Excelencia del Ministerio de Educación y Ciencia y que ha conseguido financiación por un valor de más de 5 millones de euros. Desde 2010 es el coordinador general del consorcio científico QUITEMAD (Quantum Information Technologies Madrid), que ha sido un referente para el desarrollo de la tecnologías cuánticas en España y Europa.

Vocal del Consejo Rector del Centro Español de Metrología. Miembro fundador del Centro de Simulación y Supercomputación (CSS) de la UPM. Creador del máster de Computación Cuántica de la UCM (2004, pionero en España). Ha sido miembro y chairman del panel evaluador de proyectos QUANTERA de la Unión Europea (desde 2017), miembro del comité editorial de Scientific Reports del grupo nature.com (área de física cuántica), así como miembro de paneles de evaluación de numerosos proyectos internacionales. En 2016 y 2017 la Secretaría de Estado de Investigación del Ministerio de Economía le nombró representante de España en la conferencia del lanzamiento de la Quantum Flagship por parte de la Unión Europea, siendo miembro del comité ministerial para su seguimiento, y miembro del consejo científico de OpenSuperQ (proyecto europeo para construir un ordenador cuántico basado en qubits superconductores),

Ha dirigido once tesis doctorales (cuatro en curso), supervisado directamente a siete postdocs, ha dirigido a dos Investigadores Ramón y Cajal, además de numerosos trabajos de fin de grado y fin de máster. Ha aparecido en la lista "Stanford Top 2% Scientist" (científicos más influyentes en el mundo en todas las áreas) en 2022, 2023 y 2024. Es Fellow del European Laboratory for Learning and Intelligent Systems (ELLIS).