Superando las expectativas, científicos australianos han vencido un gran obstáculo en el desarrollo de la arquitectura de la computación cuántica. Por primera vez, han demostrado que es posible construir chips cuánticos de silicio en 3D con resultados precisos.
Científicos de la Universidad de Nueva Gales del Sur, en Sídney (Australia), han demostrado que su tecnología pionera puede adaptarse a la construcción de chips cuánticos de silicio en 3D, con una alineación precisa. Es un paso importante hacia una computadora cuántica universal.
El grupo, del Centro de Excelencia para Computación Cuántica y Tecnología de la Comunicación (CQC2T), es el primero en demostrar la viabilidad de una arquitectura que utiliza cúbits (bits cuánticos) de escala atómica alineados para controlar lo que son, esencialmente, cables muy estrechos, dentro de un diseño 3D.
En la actualidad, los científicos buscan la manera de construir ordenadores cuánticos para resolver problemas matemáticos cuya complejidad no puede alcanzar la computación clásica. El valor añadido de la computación cuántica respecto a la clásica es que su arquitectura permite realizar muchas instrucciones al mismo tiempo.
Los investigadores, liderados por la directora del CQC2T, la profesora Michelle Simmons, demostraron que pueden ampliar su técnica de fabricación de cúbits atómicos a múltiples capas de un cristal de silicio, logrando un componente crítico de la arquitectura de chips 3D que presentaron al mundo en 2015. Esta nueva investigación ha sido publicada en Nature Nanotechnology.
UNA PRECISIÓN INESPERADA
Los miembros del equipo pudieron alinear las diferentes capas en su dispositivo 3D con una precisión nanométrica, y demostraron que podían leer los estados del cúbit con lo que se denomina "disparo único". Con una sola medición, se ha conseguido una fidelidad muy alta.
"Esta arquitectura de dispositivo 3D es un avance significativo para los cúbits atómicos en silicio", señala Simmons en un comunicado. "Para poder corregir constantemente los errores en los cálculos cuánticos, un hito importante en nuestro campo, debemos ser capaces de controlar muchos cúbits en paralelo".
La única forma de hacer esto es usar una arquitectura 3D. Según explica Simmons, su equipo desarrolló y patentó en 2015 una arquitectura de cruce vertical. Sin embargo, todavía existían una serie de desafíos relacionados con la fabricación de este dispositivo de múltiples capas. "Con este resultado, ahora hemos demostrado que la ingeniería de nuestro enfoque en 3D es posible de la manera que lo imaginamos hace unos años".
Los investigadores han demostrado cómo construir un segundo plano de control encima de la primera capa de cúbits. "Optimizamos una técnica para hacer crecer la segunda capa sin impactar las estructuras en la primera capa", explica el investigador y coautor del CQC2T, el doctor Joris Keizer.
"En el pasado, los críticos dirían que eso no es posible porque la superficie de la segunda capa se vuelve muy áspera, lo que no permitiría usar nuestra técnica de precisión. Sin embargo, hemos demostrado que podemos hacerlo", apunta Keizer.
El equipo ha logrado una gran precisión entre la primera capa de silicio, donde se escribe la información, y la segunda capa de control. "Hemos demostrado una técnica que puede lograr la alineación en menos de cinco nanómetros, que es bastante extraordinario", explica Keizer.
también resulta un gran avance la posibilidad de medir la salida de cúbits del dispositivo 3D en un solo disparo, con una medición única y precisa, en lugar de tener que depender de hacer la media entre millones de experimentos. "Esto nos ayudará aún más a escalar más rápido", explica Keizer.
HACIA LA COMERCIALIZACIÓN
Ahora, el equipo de Simmons trabaja para seguir desarrollando esta tecnología y crear una arquitectura a gran escala para comercializarla.
"Este es un desarrollo importante en el campo de la computación cuántica, pero también es bastante emocionante para SQC", explica Simmons, quien también es fundadora y directora de la primera empresa de computación cuántica de Australia, la Silicon Quantum Computing Pty Limited (SQC).
Desde mayo de 2017, esta empresa ha estado trabajando para crear y comercializar una computadora cuántica basada en un conjunto de propiedad intelectual desarrollada en CQC2T y su propiedad intelectual patentada.
"Si bien todavía estamos al menos a una década de una computadora cuántica a gran escala, el trabajo de CQC2T permanece a la vanguardia de la innovación en este espacio. Resultados concretos como estos reafirman nuestra fuerte posición a nivel internacional", concluye Simmons.
Referencia bibliográfica:
M. Koch et al. 2019. Spin read-out in atomic qubits in an all-epitaxial three-dimensional transistor. Nature Nanotechnology. DOI: 10.1038/s41565-018-0338-1
