Un grupo de ingenieros de la Universidad de Nueva Gales del Sur (UNSW) logró un avance clave en computación cuántica: crearon un estado de entrelazamiento cuántico usando el giro de dos núcleos atómicos.
Este fenómeno ocurre cuando dos partículas quedan tan conectadas que lo que le pasa a una afecta directamente a la otra, sin importar la distancia entre ellas.
El hallazgo, publicado en Science, abre la puerta al desarrollo de microchips cuánticos con la misma tecnología que se usa hoy para fabricar chips de silicio.
Según la doctora Holly Stemp, autora principal, lograron que los núcleos atómicos más limpios e aislados del mundo se comunicaran entre sí a escala de chips comerciales.
Uno de los mayores retos en computadoras cuánticas es proteger los estados cuánticos de interferencias, pero también permitir que interactúen para realizar cálculos útiles.
Algunos sistemas cuánticos procesan rápido pero son inestables. Otros, como el que usan en la UNSW, son muy estables pero difíciles de conectar entre sí.
Ellos trabajan con átomos de fósforo insertados en un chip de silicio. El giro de su núcleo atómico guarda la información cuántica de forma muy limpia.
Andrea Morello, profesor de la UNSW, dice que llevan más de 15 años perfeccionando esta tecnología, logrando mantener información por 30 segundos y con menos del 1% de error.
El problema era que esa limpieza hacía difícil conectar varios núcleos entre sí. Hasta ahora, solo podían comunicarse si estaban pegados y compartían un mismo electrón.
Y aunque los electrones pueden “esparcirse” un poco y tocar varios núcleos, ese alcance es limitado y poco práctico si se quiere escalar la tecnología.
Lo que cambiaron fue la forma en que esos núcleos se comunican. En vez de usar un mismo electrón, usaron dos, actuando como “teléfonos” entre núcleos distantes.
Stemp lo explica con una metáfora: antes, los núcleos estaban en cuartos insonorizados. Solo hablaban si estaban juntos. Ahora, tienen teléfono y pueden hablar entre cuartos lejanos.
El truco fue usar dos electrones que, al expandirse, pueden “tocarse” a distancia. Cada uno se conecta con un núcleo diferente, y así transmiten la información entre ellos.
La distancia entre los núcleos fue de 20 nanómetros. Parece poco, pero es como si dos personas estuvieran tan lejos como de Sídney a Boston.
Y justo ese tamaño, 20 nanómetros, es el mismo que se usa en la fabricación actual de chips para celulares y computadoras.
Esto permite que los avances cuánticos se integren con los procesos ya existentes de la industria de semiconductores, sin inventar todo desde cero.
El fósforo fue insertado por un equipo de la Universidad de Melbourne, y el silicio ultra puro vino de Japón, de la Universidad de Keio.
Con este avance, ya no es necesario que los núcleos compartan electrón, lo que elimina una de las grandes barreras para escalar computadoras cuánticas basadas en núcleos atómicos.
Morello asegura que pueden sumar más electrones y controlar la forma en que interactúan, algo vital para construir procesadores cuánticos grandes y eficientes.