Según los investigadores, la nueva técnica para diseñar silicio ultrapuro lo convierte en el material perfecto para fabricar computadoras cuánticas a escala y con alta precisión.

El cosupervisor del proyecto, el profesor David Jamieson, de la Universidad de Melbourne, dijo que la innovación, publicada en Communications Materials , utiliza qubits de átomos de fósforo implantados en cristales de silicio puro estable y podría superar una barrera crítica para la computación cuántica al extender la duración de una coherencia cuántica notoriamente frágil.

"La frágil coherencia cuántica significa que los errores informáticos se acumulan rápidamente. Con una coherencia robusta proporcionada por nuestra nueva técnica, las computadoras cuánticas podrían resolver en horas o minutos algunos problemas que tomarían siglos a las computadoras convencionales o 'clásicas', incluso a las supercomputadoras", dijo el profesor Jamieson.

Los bits cuánticos o qubits (los componentes básicos de las computadoras cuánticas) son susceptibles a pequeños cambios en su entorno, incluidas las fluctuaciones de temperatura. Incluso cuando funcionan en refrigeradores tranquilos cerca del cero absoluto (menos 273 grados Celsius), las computadoras cuánticas actuales pueden mantener una coherencia sin errores durante solo una pequeña fracción de segundo.

El profesor Richard Curry, cosupervisor de la Universidad de Manchester, dijo que el silicio ultrapuro permitió la construcción de dispositivos qubit de alto rendimiento, un componente crítico necesario para allanar el camino hacia computadoras cuánticas escalables.

"Lo que hemos podido hacer es crear efectivamente un 'ladrillo' crítico necesario para construir una computadora cuántica basada en silicio. Es un paso crucial para crear una tecnología que tiene el potencial de ser transformadora para la humanidad", dijo el profesor Curry.

El autor principal, Ravi Acharya, académico conjunto de Cookson de la Universidad de Manchester y la Universidad de Melbourne, dijo que la gran ventaja de la computación cuántica con chips de silicio es que utiliza las mismas técnicas esenciales que fabrican los chips que se utilizan en las computadoras actuales.

"Los chips electrónicos que se encuentran actualmente en una computadora diaria constan de miles de millones de transistores; estos también se pueden usar para crear qubits para dispositivos cuánticos basados ​​en silicio. La capacidad de crear qubits de silicio de alta calidad se ha visto limitada en parte hasta la fecha por la pureza del silicio. material de partida utilizado. La pureza innovadora que mostramos aquí resuelve este problema."

El profesor Jamieson dijo que los nuevos chips de computadora de silicio altamente purificado albergan y protegen los qubits para que puedan mantener la coherencia cuántica por mucho más tiempo, lo que permite realizar cálculos complejos con una necesidad muy reducida de corrección de errores.

"Nuestra técnica abre el camino hacia computadoras cuánticas confiables que prometen cambios radicales en toda la sociedad, incluso en inteligencia artificial, datos y comunicaciones seguros, diseño de vacunas y medicamentos, y uso de energía, logística y fabricación", afirmó.

El silicio, elaborado a partir de arena de playa, es el material clave para la industria de la tecnología de la información actual porque es un semiconductor abundante y versátil:puede actuar como conductor o aislante de la corriente eléctrica, dependiendo de qué otros elementos químicos se le agreguen. /P>

"Otros están experimentando con alternativas, pero creemos que el silicio es el principal candidato para los chips informáticos cuánticos que permitirán la coherencia duradera necesaria para realizar cálculos cuánticos fiables", afirmó el profesor Jamieson.

"El problema es que, si bien el silicio natural es principalmente el isótopo deseable silicio-28, también hay aproximadamente un 4,5 por ciento de silicio-29. El silicio-29 tiene un neutrón adicional en el núcleo de cada átomo que actúa como un pequeño imán rebelde, destruyendo la coherencia cuántica y creando errores informáticos", afirmó.

Los investigadores dirigieron un haz enfocado de alta velocidad de silicio-28 puro a un chip de silicio, de modo que el silicio-28 reemplazó gradualmente los átomos de silicio-29 en el chip, reduciendo el silicio-29 del 4,5% a dos partes por millón (0,0002 por ciento). ).

"La buena noticia es que para purificar el silicio a este nivel, ahora podemos utilizar una máquina estándar (un implantador de iones) que se puede encontrar en cualquier laboratorio de fabricación de semiconductores, adaptada a una configuración específica que diseñamos", afirmó el profesor Jamieson. P>

En una investigación publicada anteriormente con el Centro de Excelencia ARC para Computación Cuántica y Tecnología de la Comunicación, la Universidad de Melbourne estableció (y aún mantiene) el récord mundial de coherencia de un solo qubit de 30 segundos utilizando silicio menos purificado. Treinta segundos es tiempo suficiente para completar cálculos cuánticos complejos y sin errores.

El profesor Jamieson dijo que las computadoras cuánticas más grandes existentes tenían más de 1.000 qubits, pero se produjeron errores en milisegundos debido a la pérdida de coherencia.

"Ahora que podemos producir silicio-28 extremadamente puro, nuestro próximo paso será demostrar que podemos mantener la coherencia cuántica para muchos qubits simultáneamente. Una computadora cuántica confiable con sólo 30 qubits excedería la potencia de las supercomputadoras actuales para algunas aplicaciones". dijo.

Un informe de 2020 del CSIRO de Australia estimó que la computación cuántica en Australia tiene potencial para crear 10.000 puestos de trabajo y 2.500 millones de dólares en ingresos anuales para 2040.

"Nuestra investigación nos acerca mucho más a la realización de este potencial", afirmó el profesor Jamieson.