Fabrican una pieza clave para una computadora cuántica de silicio

Una nueva técnica para diseñar silicio ultrapuro lo convierte en el material perfecto para fabricar computadoras cuánticas a escala y con alta precisión, según los investigadores que lo han desarrollado. La innovación utiliza qubits de átomos de fósforo implantados en cristales de silicio puro estable y podría superar una barrera crítica para la computación cuántica al extendiendo la duración de una coherencia cuántica notoriamente frágil, según explicó en un comunicado el profesor David Jamieson, de la Universidad de Melbourne, cosupervisor del proyecto. "La frágil coherencia cuántica significa que los errores informáticos se acumulan rápidamente. Con una coherencia robusta proporcionada por nuestra nueva técnica, las computadoras cuánticas podrían resolver en horas o minutos algunos problemas que tomarían siglos a las computadoras convencionales o "clásicas", incluso a las supercomputadoras", añadió Jamieson, cuyo estudio se publica en Communications Materials. Los bits cuánticos o qubits (los componentes básicos de las computadoras cuánticas) son susceptibles a pequeños cambios en su entorno, incluidas las fluctuaciones de temperatura. Incluso cuando funcionan en refrigeradores tranquilos cerca del cero absoluto (menos 273 grados Celsius), las computadoras cuánticas actuales pueden mantener una coherencia sin errores durante sólo una pequeña fracción de segundo. El profesor Richard Curry, cosupervisor de la Universidad de Manchester, dijo que el silicio ultrapuro permitió la construcción de dispositivos qubit de alto rendimiento, un componente crítico necesario para allanar el camino hacia computadoras cuánticas escalables. "Lo que hemos podido hacer es crear efectivamente un 'ladrillo' crítico necesario para construir una computadora cuántica basada en silicio. Es un paso crucial para crear una tecnología que tenga el potencial de ser transformadora para la humanidad", afirmó el profesor Curry.LAS MISMAS TÉCNICAS DE FABRICACIÓN QUE LOS CHIPS ACTUALES El autor principal, Ravi Acharya, académico conjunto de la Universidad de Manchester y la Universidad de Melbourne Cookson, dijo que la gran ventaja de la computación cuántica con chips de silicio es que utiliza las mismas técnicas esenciales que fabrican los chips que se utilizan en las computadoras actuales. "Los chips electrónicos que se encuentran actualmente en una computadora diaria constan de miles de millones de transistores; estos también pueden usarse para crear qubits para dispositivos cuánticos basados en silicio. La capacidad de crear qubits de silicio de alta calidad se ha visto limitada en parte hasta la fecha por la pureza del material de partida de silicio utilizado. La pureza revolucionaria que mostramos aquí resuelve este problema". El profesor Jamieson dijo que los nuevos chips de computadora de silicio altamente purificado albergan y protegen los qubits para que puedan mantener la coherencia cuántica por mucho más tiempo, permitiendo cálculos complejos con una necesidad muy reducida de corrección de errores. "Nuestra técnica abre el camino hacia computadoras cuánticas confiables que prometen cambios radicales en toda la sociedad, incluso en inteligencia artificial, datos y comunicaciones seguros, diseño de vacunas y medicamentos, y uso de energía, logística y fabricación", dijo. El silicio -obtenido de la arena de la playa- es el material clave para la industria de la tecnología de la información actual porque es un semiconductor abundante y versátil: puede actuar como conductor o aislante de la corriente eléctrica, dependiendo de qué otros elementos químicos se le agreguen. "Otros están experimentando con alternativas, pero creemos que el silicio es el principal candidato para los chips informáticos cuánticos que permitirán la coherencia duradera necesaria para realizar cálculos cuánticos fiables", afirmó el profesor Jamieson. "El problema es que, si bien el silicio natural es principalmente el isótopo deseable silicio-28, también hay alrededor del 4,5 por ciento de silicio-29. El silicio-29 tiene un neutrón adicional en el núcleo de cada átomo que actúa como un pequeño imán rebelde, destruyendo la coherencia cuántica y creando errores informáticos", dijo. Los investigadores dirigieron un haz enfocado de alta velocidad de silicio-28 puro a un chip de silicio, de modo que el silicio-28 reemplazó gradualmente los átomos de silicio-29 en el chip, reduciendo el silicio-29 del 4,5 por ciento a dos partes por millón (0,0002 por ciento). "La gran noticia es que para purificar el silicio a este nivel, ahora podemos utilizar una máquina estándar (un implantador de iones) que se puede encontrar en cualquier laboratorio de fabricación de semiconductores, adaptada a una configuración específica que diseñamos", dijo el profesor Jamieson. El profesor Jamieson dijo que las computadoras cuánticas más grandes existentes tenían más de 1.000 qubits, pero se producían errores en milisegundos debido a la pérdida de coherencia. "Ahora que podemos producir silicio-28 extremadamente puro, nuestro próximo paso será demostrar que podemos mantener la coherencia cuántica para muchos qubits simultáneamente. Un ordenador cuántico fiable con sólo 30 qubits superaría la potencia de los superordenadores actuales para algunas aplicaciones", afirmó.