Consiguen una Internet cuántica basada en silicio

Investigadores de la Universidad Simon Fraser han logrado un avance crucial en el desarrollo de la tecnología cuántica.

 

Su investigación, publicada en Nature, describe sus observaciones de qubits de espín de fotones del "centro T" de silicio, un hito importante que abre oportunidades inmediatas para construir ordenadores cuánticos escalables masivamente y la Internet cuántica que las conectará.

Los spin qubits son muy semejantes a la electrónica de los semiconductores y a los transistores, como los conocemos hoy. Transmiten su energía cuántica aprovechando el espín de un solo electrón en un dispositivo de silicio y controlando el movimiento con diminutos pulsos de microondas.

Un qubit, en términos más simples, es una versión cuántica de un bit de ordenador, que es la unidad de datos más pequeña en un ordenador. Al igual que su contraparte clásica, el qubit está codificado con información que puede tener el valor de uno o cero. Pero a diferencia del bit, el qubit puede explotar los conceptos de la mecánica cuántica para que pueda realizar tareas que los bits clásicos no pueden.

"Los qubits de espín de silicio están cobrando impulso", dijo Adam Mills, estudiante graduado en el Departamento de Física de la Universidad de Princeton y autor principal del estudio publicado recientemente. "Parece un gran año para el silicio en general".

La computación cuántica tiene un enorme potencial para proporcionar una potencia informática mucho más allá de las capacidades de los superordenadores actuales, lo que podría permitir avances en muchos otros campos, como la química, la ciencia de los materiales, la medicina y la ciberseguridad. Para que esto sea una realidad, es necesario producir qubits estables y duraderos que proporcionen potencia de procesamiento, así como la tecnología de comunicaciones que permita que estos qubits se vinculen entre sí a escala.

Investigaciones anteriores han indicado que el silicio puede producir algunos de los qubits más estables y duraderos de la industria. Ahora, la investigación publicada por Daniel Higginbottom, Alex Kurkjian y los coautores proporciona una prueba del principio de que los centros T, un defecto luminiscente específico en el silicio, pueden proporcionar un "vínculo fotónico" entre qubits.

Recientemente se publicó un estudio donde por medio del uso de un dispositivo de silicio llamado punto cuántico doble, los investigadores de Princeton pudieron capturar dos electrones y forzarlos a interactuar. El estado de espín de cada electrón se puede utilizar como un qubit y la interacción entre los electrones puede enredar estos qubits. Esta operación es crucial para la computación cuántica, y el equipo de investigación, dirigido por Jason Petta, profesor de Física Eugene Higgins en Princeton, pudo realizar esta operación entrelazada con un nivel de fidelidad superior al 99,8 por ciento.

Esto surge del Laboratorio de Tecnología Cuántica de Silicio de SFU en el Departamento de Física de SFU, codirigido por Stephanie Simmons, Presidenta de Investigación de Canadá en Tecnologías Cuánticas de Silicio y Michael Thewalt, Profesor Emérito. “Este trabajo es la primera medición de centros T únicos de forma aislada y, de hecho, la primera medición de cualquier espín único en silicio que se realiza sólo con mediciones ópticas”, dice Stephanie Simmons.

“Un emisor como el centro T que combina qubits de espín de alto rendimiento y generación de fotones ópticos es ideal para hacer ordenadores cuánticos escalables y distribuidas, porque pueden manejar el procesamiento y las comunicaciones juntas, en lugar de tener que interconectar dos tecnologías cuánticas diferentes. Uno para procesamiento y otro para comunicaciones”, dice Simmons.

Además, los centros T tienen la ventaja de emitir luz en la misma longitud de onda que utilizan los equipos de redes de telecomunicaciones y comunicaciones de fibra metropolitanas actuales. “Con los centros T, puede construir procesadores cuánticos que se comunican inherentemente con otros procesadores”, dice Simmons. “Cuando su qubit de silicio puede comunicarse mediante la emisión de fotones (luz) en la misma banda que se usa en los centros de datos y las redes de fibra, obtiene estos mismos beneficios para conectar los millones de qubits necesarios para la computación cuántica”.

El desarrollo de tecnología cuántica con silicio brinda oportunidades para escalar rápidamente la computación cuántica. La industria global de semiconductores ya puede fabricar chips de ordenador de silicio a escala económica, con un grado asombroso de precisión. Esta tecnología forma la columna vertebral de la informática y las redes modernas, desde los teléfonos inteligentes hasta los superordenadores más poderosos del mundo.

Al encontrar una manera de crear procesadores de computación cuántica en silicio, puede aprovechar todos los años de desarrollo, conocimiento e infraestructura utilizados para fabricar ordenadores convencionales, en lugar de crear una industria completamente nueva para la fabricación cuántica”, dice Simmons. “Esto representa una ventaja competitiva casi insuperable en la carrera internacional por un ordenador cuántico”.

Referencia:

Daniel B. Higginbottom. et al. Optical observation of single spins in silicon Nature. 2022. doi.org/10.1038/s41586-022-04821-y

 

Doctor Fisión

Doctor Fision

Divulgador científico especialista en física y astrofísica, y apasionado de la ciencia en general. Autor del bestseller "El Universo Explicado" y de "La Nueva Carrera Espacial". Tiene más de 3 millones de seguidores en redes sociales.

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