Los investigadores de la UNSW entrelazaron núcleos atómicos a través de electrones, logrando comunicación cuántica a escalas compatibles con los chips de computadora actuales, avanzando la computación cuántica de silicio. Los ingenieros de la UNSW desarrollaron estados entrelazados cuánticos utilizando los espines de dos núcleos atómicos. El entrelazamiento es crucial para las ventajas de la computación cuántica sobre los sistemas convencionales. Esta investigación, publicada en Ciencia el 18 de septiembre, representa un paso hacia las computadoras cuánticas a gran escala. La autora principal, la Dra. Holly Stemp, afirmó que este logro permite la construcción de futuros microchips de computación cuántica utilizando la tecnología y los procesos de fabricación existentes. Ella señaló: «Hemos logrado hacer que los objetos cuánticos más limpios y aislados se comuniquen entre sí, a la escala a la que se fabrican actualmente los dispositivos electrónicos de silicio estándar». La ingeniería informática cuántica equilibra proteger los elementos informáticos de la interferencia con permitir su interacción para los cálculos. Este desafío contribuye a la diversidad de enfoques de hardware cuántico. Algunos ofrecen velocidad pero sufren de ruido, mientras que otros están protegidos pero son difíciles de operar y escalar. El equipo de la UNSW utilizó el espín nuclear de los átomos de fósforo, implantados en un chip de silicio, para codificar información cuántica. El profesor de Scientia Andrea Morello de la Escuela de Ingeniería Eléctrica y Telecomunicaciones de la UNSW describió el giro del núcleo atómico como «el objeto cuántico más limpio y aislado que se puede encontrar en estado sólido». El profesor Morello detalló el trabajo previo del grupo a lo largo de 15 años, que implicó avances en esta tecnología. Demostraron mantener información cuántica durante más de 30 segundos y realizar operaciones de lógica cuántica con menos del 1% de errores. Afirmó que fueron «los primeros en el mundo en lograr esto en un dispositivo de silicio». Sin embargo, señaló que el aislamiento que beneficia a los núcleos atómicos dificultaba su conexión en un procesador cuántico a gran escala. Anteriormente, el funcionamiento de múltiples núcleos atómicos requería que estuvieran muy cerca dentro de un sólido, rodeados por un solo electrón. El Dr. Stemp explicó que si bien un electrón puede «dispersarse» para interactuar con múltiples núcleos atómicos, su alcance es limitado. Añadió que «agregar más núcleos al mismo electrón hace que sea muy difícil controlar cada núcleo individualmente». El avance implicó que los núcleos atómicos se comunicaran a través de «teléfonos» electrónicos, que son electrones. El Dr. Stemp utilizó la metáfora de personas en una habitación insonorizada, donde las conversaciones eran claras pero de escala limitada. Los ‘teléfonos’ permiten la comunicación entre habitaciones, creando interacciones más escalables manteniendo el aislamiento. Mark van Blankenstein, otro autor, explicó que dos electrones pueden «tocarse» a distancia debido a su capacidad de extenderse. Si cada electrón se acopla a un núcleo atómico, los núcleos pueden comunicarse a través de ellos. La distancia entre los núcleos en los experimentos fue de aproximadamente 20 nanómetros. El Dr. Stemp destacó que si un núcleo se escalara al tamaño humano, esta distancia sería comparable a la que hay entre Sydney y Boston. Subrayó que 20 nanómetros es la escala de los modernos chips de silicio utilizados en ordenadores personales y teléfonos móviles. Esto significa que los procesos de fabricación desarrollados por la industria de los semiconductores pueden adaptarse a computadoras cuánticas basadas en espines de núcleos atómicos. Estos dispositivos son compatibles con la fabricación actual de chips informáticos. Los átomos de fósforo fueron introducidos en el chip por el equipo del profesor David Jamieson de la Universidad de Melbourne, utilizando silicio ultrapuro del profesor Kohei Itoh de la Universidad de Keio en Japón. Al eliminar la necesidad de que los núcleos atómicos estén unidos al mismo electrón, el equipo de la UNSW abordó un obstáculo clave para ampliar las computadoras cuánticas de silicio basadas en núcleos atómicos. El profesor Morello describió su método como «notablemente robusto y escalable». Añadió que en el futuro se podrían utilizar y moldear más electrones para extender más los núcleos. «Los electrones son fáciles de mover y ‘masajear’ para darles forma, lo que significa que las interacciones se pueden activar y desactivar de forma rápida y precisa. Eso es exactamente lo que se necesita para una computadora cuántica escalable».
