Avance histórico en la computación cuántica

Los físicos han creado el silicio más puro del mundo, que permitirá crear computadoras cuánticas funcionales con una capacidad de hasta un millón de cúbits estables. Un desarrollo comparable a la aparición de la física nuclear hace un siglo, según sus creadores.

La Universidad de Manchester ha logrado un avance que promete ser histórico en el campo de la computación cuántica: ha conseguido el silicio más puro del mundo, un hito que representa un paso crucial hacia la escalabilidad de las computadoras cuánticas.

El ordenador cuántico desembarca en el mundo universitario

En colaboración con la Universidad de Melbourne, los científicos de Manchester han desarrollado una forma mejorada y ultrapura de silicio que permite la construcción de cúbits de alto rendimiento, fundamentales para el avance de las computadoras cuánticas a gran escala.

Después de este desarrollo, el silicio, conocido por ser el material base en la computación clásica debido a sus propiedades semiconductoras, se perfila también como la mejor opción para las computadoras cuánticas escalables.

Cúbits estables

Las computadoras cuánticas se basan en cúbits, que son el equivalente a los bits de las computadoras convencionales. Son la medida del volumen de datos, pero pueden almacenar muchos más estados. Un ordenador cuántico compuesto por diez cúbits tiene la misma potencia de cálculo que un ordenador convencional de 1024 bits, explica la revista alemana Welt der Physik analizando este desarrollo.

Y añade: se necesitan alrededor de un millón de cúbits para conseguir una computadora cuántica completamente funcional. Sin embargo, el récord actual es de sólo 1.121 cúbits.

Para que los cúbits almacenen información a largo plazo, necesitan un entorno estable. Incluso los pequeños cambios (por ejemplo, en el material) pueden provocar la pérdida de datos.

Cúbits de silicio

El silicio, en el que se basan los chips de ordenador convencionales, también se consideraba adecuado como material para los cúbits. Sin embargo, tenía un problema: el silicio natural se presenta en tres versiones diferentes con diferente número de neutrones en el núcleo atómico: los isótopos 28 Si, 29 Si y 30 Si. Sin embargo, uno de ellos, el 29 Si, no es adecuado para los cúbits porque un efecto del espín nuclear puede provocar que los cúbits pierdan datos.

Para que los bits cuánticos sean estables, el silicio debería estar compuesto únicamente por el isótopo 28 Si. Lo que ha conseguido la nueva investigación es reducir la proporción de los dos isótopos de silicio más pesados, 29 y 30, por debajo del 0,0002 por ciento. Esto hace posibles las computadoras cuánticas de silicio a mayor escala, añade la citada revista.

Silicio puro

Este desarrollo allana el camino para la fabricación de un millón de cúbits del tamaño de la cabeza de un alfiler, una proeza que no solo promete avances en la computación cuántica, sino que también podría revolucionar sectores como la inteligencia artificial, la seguridad de datos y comunicaciones, el diseño de vacunas y medicamentos, así como la energía, la logística y la manufactura.

El profesor Richard Curry de la Universidad de Manchester destaca la importancia de este avance al afirmar que se ha creado un componente crucial necesario para construir una computadora cuántica basada en silicio. Y David Jamieson, profesor de la Universidad de Melbourne, añade que esta técnica abre el camino hacia computadoras cuánticas confiables.

Momento histórico

Este progreso tiene el potencial de ser transformador para la humanidad, consideran los autores de esta investigación.

Comparan su resultado con el obtenido hace más de 100 años por Ernest Rutherford (1871–1937), considerado el fundador de la física nuclear por dos logros significativos que hicieron historia: primero usó la radiactividad para explorar el interior de los átomos, y después consiguió transformar átomos de nitrógeno en oxígeno. Se convirtió así en “el primer alquimista con éxito de la historia”.

Rutherford fue galardonado con el Nobel de Química en 1908, pero sus trabajos abrieron paso a otros avances relevantes como el descubrimiento de los isótopos por parte de Frederick Soddy (su discípulo), galardonado por el Nobel en 1921, y también al hallazgo en 1932 del neutrón, que condujo directamente a la fisión nuclear y a la bomba atómica, conseguido por el físico y premio Nobel británico James Chadwick.

La historia se repite

Los autores de la nueva investigación consideran que con su resultado la historia se repite, esta vez en la computación cuántica, al haber conseguido una forma mejorada y ultrapura de silicio que permite la construcción cúbits de alto rendimiento que también cambiarán al mundo.

Al permitir la creación de ordenadores cuánticos fiables a gran escala, estos cúbits dejarán atrás la limitada potencia de cálculo y la tasa de error de los ordenadores cuánticos actuales, prometiendo en las próximas décadas resultados equivalentes a lo que supuso el descubrimiento de la física nuclear, según estos científicos.

Referencia

Highly 28Si enriched silicon by localised focused ion beam implantation. Ravi Acharya et al. Communications Materials, volume 5, Article number: 57 (2024). DOI:https://doi.org/10.1038/s43246-024-00498-0