Partículas de sílice
17 de Abril, 2026
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El descubrimiento de un efecto hasta ahora desconocido posibilita el control compacto y ultrarrápido de los cúbits de espín.
Ilustración que muestra cómo se pueden controlar múltiples cúbits utilizando el nuevo proceso de "EDSR intrínseco de espín-órbita". Imagen: Tony Melov.
UNSW Sydney Ingenieros han descubierto una nueva forma de controlar con precisión electrones individuales alojados en puntos cuánticos que ejecutan compuertas lógicas. Este nuevo mecanismo es más compacto y requiere menos componentes, lo que podría ser fundamental para hacer realidad las computadoras cuánticas de silicio a gran escala.
El descubrimiento fortuito, realizado por ingenieros de la empresa emergente de computación cuántica diraq y UNSW, se detalla en la revista Nature Nanotecnología.
«Este fue un efecto completamente nuevo que nunca habíamos visto antes y que al principio no comprendíamos del todo», dijo el autor principal, el Dr. Will Gilbert, ingeniero de procesadores cuánticos en Diraq, una empresa derivada de la UNSW con sede en su campus de Kensington. «Pero pronto quedó claro que se trataba de una nueva y poderosa forma de controlar los espines en un punto cuántico. Y eso fue sumamente emocionante».
Las puertas lógicas son el componente básico de toda computación. Permiten que los 'bits', o dígitos binarios (0 y 1), trabajen juntos para procesar información. Sin embargo, una cuántico Un bit (o cúbit) existe simultáneamente en ambos estados, una condición conocida como «superposición». Esto permite una multitud de estrategias de computación —algunas exponencialmente más rápidas, otras que operan simultáneamente— que superan las capacidades de las computadoras clásicas. Los cúbits están compuestos por «puntos cuánticos», diminutos nanodispositivos capaces de atrapar uno o varios electrones. El control preciso de los electrones es esencial para que se produzca la computación.
Utilizando campos eléctricos en lugar de magnéticos.
Mientras experimentaba con diferentes combinaciones geométricas de dispositivos de apenas milmillonésimas de metro de tamaño que controlan puntos cuánticos, junto con varios tipos de minúsculos imanes y antenas que impulsan su funcionamiento, Dr. Tuomo Tanttu desde Ingeniería de UNSW Me topé con un efecto extraño.
“Intentaba operar con la máxima precisión una puerta lógica de dos cúbits, probando con diversos dispositivos, geometrías ligeramente diferentes, distintas combinaciones de materiales y diversas técnicas de control”, explicó el Dr. Tanttu, ingeniero de medición en Diraq. “Entonces apareció un pico extraño. Parecía que la velocidad de rotación de uno de los cúbits se estaba acelerando, algo que nunca había observado en los cuatro años que llevo realizando estos experimentos”.
Más información: Durante mucho tiempo: los ingenieros de computación cuántica establecieron un nuevo estándar en el rendimiento de los chips de silicio.
Los ingenieros comprendieron más tarde que su descubrimiento consistía en una nueva forma de manipular el estado cuántico de un solo cúbit mediante campos eléctricos, en lugar de los campos magnéticos que habían utilizado anteriormente. Desde que se realizó el descubrimiento en 2020, los ingenieros han estado perfeccionando la técnica, que se ha convertido en una herramienta más en su arsenal para cumplir la ambición de Diraq de construir miles de millones de cúbits en un solo chip.
“Esta es una nueva forma de manipular cúbits, y su construcción es menos compleja: no es necesario fabricar microimanes de cobalto ni una antena justo al lado de los cúbits para generar el efecto de control”, explicó el Dr. Gilbert. “Elimina la necesidad de colocar estructuras adicionales alrededor de cada puerta lógica. Por lo tanto, hay menos desorden”.
Controlar electrones individuales sin perturbar a otros cercanos es fundamental para el procesamiento de información cuántica en silicio. Existen dos métodos establecidos: la resonancia de espín electrónico (ESR), que utiliza una antena de microondas integrada en el chip, y la resonancia de espín de dipolo eléctrico (EDSR), que se basa en un campo magnético de gradiente inducido. La técnica recientemente descubierta se conoce como «EDSR de espín-órbita intrínseca».
“Normalmente, diseñamos nuestras antenas de microondas para que generen campos puramente magnéticos”, explicó el Dr. Tanttu. “Pero este diseño de antena en particular generó un campo eléctrico mayor del que deseábamos; sin embargo, resultó ser una suerte, porque descubrimos un nuevo efecto que podemos usar para manipular cúbits. ¡Eso sí que es serendipia!”.
Partiendo de la base de hacer realidad la computación cuántica en silicio
“Este es un mecanismo nuevo y excepcional, que se suma al conjunto de tecnologías patentadas que hemos desarrollado durante los últimos 20 años de investigación”, dijo. Profesor Andrew Dzurak, Profesor Scientia de Ingeniería Cuántica en UNSW y CEO y fundador de Diraq. El profesor Dzurak dirigió el equipo que construyó el Primera puerta lógica cuántica en silicio en el 2015.
“Se basa en nuestro trabajo para hacer realidad la computación cuántica en silicio, utilizando esencialmente la misma tecnología de componentes semiconductores que los chips de computadora existentes, en lugar de depender de materiales exóticos.
El equipo de investigación: el profesor Andrew Dzurak, el Dr. Will Gilbert y el Dr. Tuomo Tanttu. Foto: Grant Turner.
“Dado que se basa en la misma tecnología CMOS que la industria informática actual, nuestro enfoque facilitará y agilizará la ampliación a la producción comercial y nos permitirá alcanzar nuestro objetivo de fabricar miles de millones de cúbits en un solo chip.”
La tecnología CMOS (o semiconductor complementario de óxido metálico, pronunciado “si-mos”) es el proceso de fabricación fundamental de los ordenadores modernos. Se utiliza para fabricar todo tipo de componentes de circuitos integrados, como microprocesadores, microcontroladores, chips de memoria y otros circuitos lógicos digitales, así como circuitos analógicos como sensores de imagen y convertidores de datos.
La construcción de un ordenador cuántico ha sido denominada la "carrera espacial del siglo XXI": un desafío difícil y ambicioso con el potencial de proporcionar herramientas revolucionarias para abordar cálculos que de otro modo serían imposibles, como el diseño de fármacos complejos y materiales avanzados, o la búsqueda rápida en bases de datos masivas y sin clasificar.
“A menudo pensamos en el alunizaje como la mayor maravilla tecnológica de la humanidad”, dijo el profesor Dzurak. “Pero lo cierto es que los chips CMOS actuales, con miles de millones de dispositivos operativos integrados para funcionar como una sinfonía, y que llevamos en el bolsillo, representan un logro técnico asombroso que ha revolucionado la vida moderna. La computación cuántica será igualmente asombrosa”.
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