El primer chip de luz cuántica del mundo acaba de ser construido: se ha usado esta tecnología de toda la vida
Cada chip alberga doce fuentes de luz cuántica independientes, cada una de las cuales ocupa menos de un milímetro cuadrado
Un grupo de investigadores de la Universidad de Boston, UC Berkeley y Northwestern ha construido el primer chip electrónico-fotónico-cuántico integrado del mundo, el cual es capaz de fusionar fuentes de luz cuántica con electrónica estabilizadora en una única plataforma utilizando un proceso semiconductor estándar de 45 nanómetros. Se trata de un gran salto hacia los sistemas cuánticos prácticos.
Al parecer, es la primera vez que se construye un sistema tan complejo utilizando técnicas de fabricación de chips comerciales. El chip puede producir flujos de pares de fotones correlacionados, partículas de luz cruciales para la computación cuántica, la detección y la comunicación segura del futuro.
La computación cuántica, entre otras cosas, sirve para crear nuevas formas de criptografía mucho más seguras, acelerar el entrenamiento de modelos de inteligencia artificial, buscar y analizar datos mucho más rápido que usando algoritmos clásicos, así como moldear moléculas y reacciones químicas o materiales nuevos para descubrir fármacos. La Universidad de Oxford ya ha realizado una prueba de computación cuántica sin apenas errores, y Microsoft está trabajando para que la tecnología sea útil.
El chip se ha construido usando una plataforma CMOS de 45 nanómetros
Cada chip alberga doce fuentes de luz cuántica independientes, cada una de las cuales ocupa menos de un milímetro cuadrado. Estas «fábricas de luz cuántica» se alimentan de luz láser y se basan en resonadores de microanillos para generar pares de fotones. Miloš Popović, profesor asociado de la Universidad de Boston, dijo:
Este es un pequeño paso en ese camino, pero importante porque demuestra que podemos construir sistemas cuánticos repetibles y controlables en fundiciones de semiconductores comerciales
Los resonadores son extremadamente sensibles a los cambios de temperatura y a las variaciones de fabricación, que a menudo los desincronizan e interrumpen el flujo de luz. Como solución, los investigadores incorporaron un sistema de control en tiempo real directamente en el chip.
Se integraron fotodiodos en cada resonador para detectar la desalineación con la luz láser entrante, mientras que los calentadores integrados en el chip y la lógica de control corrigieron continuamente cualquier desviación. Este bucle de retroalimentación mantiene el delicado proceso de generación de luz cuántica funcionando sin problemas incluso en condiciones de fluctuación.
"Lo que más me entusiasma es que integramos el control directamente en el chip, estabilizando un proceso cuántico en tiempo real. Es un paso crucial hacia sistemas cuánticos escalables", comentó Anirudh Ramesh, estudiante de doctorado en Northwestern, quien dirigió las mediciones cuánticas.
Para que el sistema funcione dentro de una plataforma comercial estricta, el equipo tuvo que repensar cómo coexisten la electrónica cuántica y clásica en el chip. "Un desafío clave en relación con nuestro trabajo anterior fue impulsar el diseño fotónico para satisfacer los exigentes requisitos de la óptica cuántica sin salirse de las estrictas limitaciones de la plataforma CMOS comercial", explicó Imbert Wang, estudiante de doctorado en la Universidad de Boston que dirigió el diseño del dispositivo fotónico.
La computación cuántica todavía se encuentra en una fase experimental, enfrentándose a grandes desafíos técnicos y teóricos antes de que pueda ser utilizada. Los cúbits (bits cuánticos) son extremadamente sensibles a las pequeñas vibraciones, cambios de temperatura o radiación, pudiendo provocar errores, lo que se llama "ruido cuántico". Además, los ordenadores actuales tienen muy pocos cúbits útiles, por lo que todavía no son escalables, y hay pocos algoritmos cuánticos útiles desarrollados hasta ahora.