La prestigiosa revista científica Nature ha publicado recientemente los resultados obtenidos por un equipo de investigadores de la compañía Silicon Quantum Computing y de la Universidad de Nueva Gales del Sur, quienes han logrado fabricar y operar un procesador cuántico de once cúbits utilizando silicio. Dicho estudio, encabezado por el físico Hermann Edlbauer y la profesora Michelle Simmons, detalla la creación de este dispositivo que emplea átomos de fósforo insertados con precisión atómica en una matriz de silicio purificado.
Este avance representa un paso significativo en el uso de materiales semiconductores tradicionales para el desarrollo de la computación cuántica a gran escala.
La tecnología empleada se basa en el uso de los espines nucleares de los átomos de fósforo como unidades básicas de información o cúbits. Estos átomos se caracterizan por poseer tiempos de coherencia prolongados, lo que permite conservar la información cuántica durante períodos más largos en comparación con otras modalidades.
El procesador presentado consta de dos registros de espines multinucleares que están interconectados mediante una interacción de intercambio de electrones, una arquitectura que ha permitido a los científicos superar uno de los retos técnicos más complejos del sector: incrementar el número de cúbits sin sacrificar la calidad de las operaciones.
El dispositivo ha demostrado unas métricas de rendimiento que los autores del trabajo califican como críticas para la viabilidad futura de esta tecnología: según los datos publicados, se han alcanzado fidelidades en las puertas lógicas de uno y varios cúbits que oscilan entre el 99,5% y el 99,99%. Este nivel de precisión es fundamental, ya que en la mayoría de los sistemas cuánticos experimentales, la adición de más unidades de procesamiento suele introducir ruido y errores que degradan el funcionamiento global del sistema. En este caso, el equipo ha conseguido mantener e incluso mejorar estos índices al escalar el sistema.
Uno de los aspectos técnicos más relevantes del experimento es la verificación de una conectividad "todos con todos" dentro de los registros, para lo que los investigadores han logrado generar estados entrelazados complejos, conocidos como estados de Bell, con una fidelidad de hasta el 99,5%. Además, han conseguido extender este entrelazamiento a través de la generación de estados Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) que involucran a ocho cúbits de datos. Esta capacidad de vincular partículas de manera coherente y robusta es un requisito indispensable para ejecutar algoritmos cuánticos de mayor complejidad.
El trabajo subraya que la plataforma, denominada "14|15" en referencia a las posiciones del silicio y el fósforo en la tabla periódica, permite aprovechar la experiencia acumulada durante décadas en la fabricación de semiconductores y, a diferencia de otros enfoques que requieren materiales exóticos o trampas de iones en vacío, el uso del silicio abre la puerta a la futura integración de estos componentes utilizando procesos industriales ya establecidos. La capacidad de fabricar dispositivos átomo a átomo permite una predictibilidad y un control que son difíciles de alcanzar con otras técnicas de fabricación.
La importancia de mantener una alta fidelidad a medida que se escala el sistema radica en la necesidad de implementar la corrección de errores cuánticos. Para que un ordenador cuántico sea útil en aplicaciones prácticas y comerciales, debe ser tolerante a fallos, lo que implica que el sistema pueda detectar y corregir sus propios errores en tiempo real. Los umbrales de fidelidad alcanzados en este experimento superan el 99%, cifra que se considera el límite necesario para que los códigos de corrección de errores sean efectivos en arquitecturas escalables.
Los investigadores sostienen que este procesador demuestra que es posible interconectar nodos de computación cuántica manteniendo métricas de rendimiento elevadas. Al vincular registros de múltiples cúbits mediante enlaces de intercambio rápidos y eficientes, se establece una base técnica para construir procesadores mucho mayores. La validación de estas interacciones no locales sugiere que el silicio podría competir directamente con las plataformas de superconductores y átomos neutros que actualmente dominan el panorama de la investigación cuántica.
Finalmente, el artículo concluye que los avances en las estrategias de calibración escalable han sido determinantes para este logro. La combinación de una purificación isotópica del silicio con protocolos de control avanzados ha permitido mitigar las interferencias y el ruido ambiental, un hito que refuerza la tesis de que el silicio, material angular de la revolución informática del siglo XX, podría mantener su relevancia central en la era de la computación cuántica que justo ahora empieza a emerger.
