Las computadoras cuánticas se consideran un factor clave para transformar el futuro de la tecnología, pero integrar fenómenos cuánticos frágiles en chips y lograr que operen a gran escala siempre ha sido un desafío científico. Un equipo de investigación de la Universidad de Nueva Gales del Sur (UNSW) en Australia ha logrado recientemente un avance significativo: por primera vez, han conseguido que los núcleos atómicos formen entrelazamiento cuántico en un chip de silicio y que se comuniquen entre sí a una distancia de 20 nanómetros, allanando el camino para la aplicación práctica de las computadoras cuánticas.
Tabla de contenido
¿Qué es el entrelazamiento cuántico?
El entrelazamiento cuántico es como un par de gemelos sincronizados: incluso separados por grandes distancias, la acción de uno puede afectar instantáneamente al otro. Este fenómeno permite a las computadoras cuánticas procesar grandes cantidades de datos simultáneamente, lo que las hace varias veces más rápidas que las computadoras tradicionales. Sin embargo, lograr el entrelazamiento entre núcleos atómicos en un chip de silicio no es sencillo. En el pasado, los núcleos atómicos debían compartir el mismo electrón para interactuar entre sí, de forma similar a como las personas en una misma habitación solo pueden tener una conversación clara; una vez que la habitación está llena, es difícil expandirla.
Un revolucionario «teléfono electrónico»
La innovación del equipo de la UNSW radica en no depender ya de los electrones compartidos entre núcleos atómicos, sino en utilizar la capacidad de difusión de los electrones como puente de señalización. Incluso cuando dos núcleos atómicos se encuentran a unos 20 nanómetros de distancia (equivalente a una milésima parte del grosor de un cabello humano), pueden establecer una conexión estable mediante electrones. Los investigadores lo describen así: antes, los núcleos atómicos eran como estar encerrados en una habitación insonorizada, pudiendo comunicarse únicamente dentro de ella; ahora, es como tener un teléfono, que les permite comunicarse entre habitaciones.
Compatible con los procesos de fabricación de chips existentes.
La distancia de 20 nanómetros se corresponde precisamente con la escala de fabricación de los chips de ordenadores y teléfonos móviles modernos. Esto significa que los futuros ordenadores cuánticos podrán producirse en masa directamente utilizando la tecnología de semiconductores existente, sin necesidad de rediseñar el proceso de fabricación. Para la industria de los semiconductores, esto aumenta significativamente la probabilidad de que los ordenadores cuánticos pasen del laboratorio al mercado. El equipo de la UNSW afirmó que este método es estable y escalable, y que en el futuro se podrán añadir más electrones y núcleos atómicos para lograr una computación cuántica a mayor escala.
El espín nuclear atómico: el núcleo de la computación cuántica.
El equipo utilizó los espines de los núcleos de fósforo en obleas de silicio para almacenar información cuántica. El espín es un recurso clave para que las computadoras cuánticas superen a las tradicionales. La investigación demuestra que la información cuántica puede almacenarse en estos espines durante más de 30 segundos, y la tasa de error de las operaciones de lógica cuántica es inferior al 1%, lo que prueba que estos espines de núcleos atómicos son estables y están aislados, convirtiéndolos en portadores ideales para la computación cuántica.
Cómo los electrones se convierten en puentes de señal
Aunque los electrones son partículas diminutas, pueden difundirse por el espacio e interactuar con múltiples núcleos atómicos. Los investigadores los comparan con personas en una habitación insonorizada que solo pueden comunicarse dentro de ella; ahora, los electrones son como teléfonos, lo que les permite comunicarse a distancia. Este método rompe la limitación de que los núcleos atómicos deban compartir un solo electrón y es clave para lograr la escalabilidad de las computadoras cuánticas de silicio.
Desafíos y perspectivas de futuro
Incluso con el logro del entrelazamiento cuántico a escala de chip, la construcción de un sistema cuántico comparable a una supercomputadora aún requiere cientos o miles de cúbits estables. El principal desafío sigue siendo la escalabilidad manteniendo una baja tasa de error. Sin embargo, esta investigación demuestra la posibilidad de construir microchips cuánticos utilizando procesos de semiconductores existentes, acercando así las computadoras cuánticas a gran escala a la realidad.
en conclusión
El avance de la UNSW supone un paso crucial para la computación cuántica: los espines atómicos pueden entrelazarse y comunicarse entre sí a escala de chip, lo que ofrece un nuevo enfoque para las computadoras cuánticas escalables. A medida que la tecnología madure, se espera que las computadoras cuánticas se integren plenamente en la vida cotidiana, transformando la forma en que realizamos cálculos y el panorama tecnológico.
Fuente:
- «Enredo extensible del espín nuclear mediado por intercambio de electrones» por Holly G. Stemp, Mark R. van Blankenstein, Serwan Asaad, Mateusz T. Mądzik, Benjamin Joecker, Hannes R. Firgau, Arne Laucht, Fay E. Hudson, Andrew S. Dzuoh y Andrew N. J.A. J. Morello, 18 de septiembre de 2025, Ciencia.
- “Like Talking on the Telephone” – Quantum Breakthrough Lets Individual Atoms Chat Like Never Before
- ¡Como gemelos sincronizados! Los núcleos atómicos logran con éxito el entrelazamiento cuántico por primera vez dentro de una oblea de silicio.
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