Chips Cuánticos Cerca de la Realidad con Diseño de Silicio Escalable

Investigadores de Diraq presentaron un método comercialmente viable para fabricar bits cuánticos de alta fidelidad a gran escala, capaz de transformar el sector informático. Esta prueba de concepto utiliza procesos tradicionales empleados durante décadas para producir chips cuánticos fiables, escalables, tolerantes a fallos y con la máxima fidelidad. Esto es lo que debe saber.

Crece la Demanda de Computadoras Cuánticas Asequibles

La demanda de servicios y especialistas en computación cuántica está aumentando. Según informes recientes, las empresas gastaron 2.350 millones de dólares en servicios cuánticos el año pasado. La contratación también aumentó notablemente: estadísticas de LinkedIn muestran que entre 2020 y 2024 creció un 180% el número de empresas que buscaban profesionales cuánticos.

Este crecimiento tiene varias causas, entre ellas las aplicaciones militares. Fuerzas armadas de todo el mundo han invertido importantes recursos para tratar de obtener una ventaja competitiva.

Iniciativa de Evaluación Cuántica

La Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de Estados Unidos (DARPA) dirige actualmente la Quantum Benchmarking Initiative. El proyecto busca determinar si los chips cuánticos pueden ampliarse y ser más resistentes que los diseños actuales, cuyo estado cuántico es frágil.

Para lograrlo, se seleccionaron 18 empresas que competirán por alcanzar una escala útil en el sector. Este concepto se refiere a la capacidad de la computación cuántica para resolver problemas muy superiores a los que pueden abordar los superordenadores actuales.

La tarea exigirá corrección de errores en tiempo real para cumplir los requisitos de alta fidelidad. La fidelidad representa la precisión del chip. Los ingenieros deberán crear uno capaz de almacenar y consultar enormes cantidades de información mientras mantiene de forma fiable más de 100 cúbits en un estado cuántico frágil.

Chips Cuánticos Basados en Silicio

Se han empleado muchos diseños de chips para crear hardware cuántico. Sin embargo, los chips cuánticos basados en silicio ofrecen ventajas importantes.

Pueden aprovechar miles de millones de dólares en infraestructura y métodos de fabricación ya disponibles para los chips convencionales. Además, un solo chip puede alojar millones de cúbits colocados con precisión para ofrecer una computación eficiente.

Próximos Pasos

Ante el potencial de los cúbits de espín de silicio, los ingenieros buscaron formas de mejorar estos chips mediante numerosas pruebas de laboratorio. Los resultados fueron precisos, pero hasta ahora no se había comprobado si podía alcanzarse el mismo nivel de precisión mediante procesos industriales tradicionales a gran escala.

Fuente: Nature

Para conseguirlo, deben superarse varios desafíos de materiales. El diseño debe considerar la interferencia causada por el ruido de carga y el desorden estático, problemas que aparecen por defectos y trampas en las interfaces y los óxidos de los chips de silicio.

Estudio de Fabricación de Chips Cuánticos a Gran Escala

El estudio reciente Industry-compatible silicon spin-qubit unit cells exceeding 99% fidelity¹ , publicado en Nature el 24 de septiembre, aporta información valiosa sobre las métricas necesarias para desarrollar chips cuánticos escalables.

El trabajo relaciona la supervisión en tiempo real con la corrección de errores cuánticos, en particular mediante correlaciones entre el ruido eléctrico y el transporte en barras Hall. Diraq también diseñó un nuevo software para modelar chips.

La empresa colaboró con el fabricante imec, responsable de producir el dispositivo final. Después, el equipo creó varios diseños mediante obleas de silicio y geometría CMOS tradicional.

Herramientas Estándar

Los ingenieros eligieron varios dispositivos de dos cúbits con estructuras planas de metal–óxido–semiconductor y puertas de polisilicio. Se fabricaron con herramientas estándar en una fundición de 300 mm. La arquitectura incluía un punto cuántico doble y un transistor de un solo electrón (SET), que permitía leer el espín en tiempo real.

Los cuatro electrones del punto doble, formados bajo los electrodos de las puertas de control, permiten regular el acoplamiento por túnel entre los puntos y analizar el ruido. La unidad se introdujo en un refrigerador de dilución de 3He/4He a una temperatura base de 10 mK en modo aislado.

Prueba del Nuevo Diseño de Chip Cuántico

Para probarlo, el equipo sometió el dispositivo a varias condiciones experimentales en el laboratorio de UNSW. Primero evaluó las funciones principales de los cúbits, incluidas las puertas de uno y dos cúbits, y registró las tasas de error.

El equipo empleó una herramienta avanzada de tomografía de conjuntos de puertas (GST) para observar el estado cuántico en tiempo real. Así pudo identificar factores de interferencia como la diafonía y diferenciar errores estocásticos de errores coherentes.

Tras documentar cuatro diseños, realizó mediciones de sondeo criogénico en otras 16 opciones. Cada chip tenía una forma y arquitectura ligeramente distintas, lo que permitió estudiar cómo el diseño proporciona un control electrostático uniforme sobre los electrodos.

Resultados del Estudio de Fabricación de Chips Cuánticos

Las pruebas confirmaron el éxito del concepto. El equipo demostró cúbits de alto rendimiento en una oblea de 300 mm fabricada en fundiciones convencionales. El chip funcionó como se había previsto y superó el 99% de precisión en los cuatro dispositivos, tanto con control de uno como de dos cúbits.

Los resultados indican que el chip cuántico de silicio de Diraq puede producirse en masa mediante técnicas CMOS tradicionales, abriendo la puerta a dispositivos cuánticos de próxima generación fabricados a gran escala.

Beneficios del Estudio de Fabricación de Chips Cuánticos

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El estudio ofrece numerosos beneficios al sector. Proporciona conocimientos científicos para superar las limitaciones técnicas de la fabricación cuántica a gran escala y demuestra cómo integrar los chips cuánticos en la producción masiva futura.

Precisión

Uno de los principales hallazgos fue que el proceso de fundición no redujo la precisión ni la fidelidad de los chips. Los chips de silicio mantuvieron una precisión de primer nivel al combinar técnicas avanzadas de cúbits de espín con corrección de errores en tiempo real.

Fabricación en Masa

El objetivo principal era demostrar que las computadoras cuánticas de silicio pueden aprovechar la madura industria de semiconductores. Los ingenieros lo consiguieron, abriendo el camino a una adopción a gran escala.

Aplicaciones Reales y Cronograma

El estudio tiene muchas aplicaciones y ofrece una vía viable para producir chips cuánticos de silicio fiables a gran escala. Estos dispositivos serán importantes en sectores de alta tecnología como la IA, el aeroespacial, la medicina y la modelización climática.

Cronograma de la Fabricación de Chips Cuánticos

Aún faltan entre siete y diez años para que las tiendas ofrezcan dispositivos cuánticos asequibles. Sin embargo, este trabajo prepara el camino para computadoras cuánticas a precios razonables durante la próxima década.

Investigadores del Estudio de Fabricación de Chips Cuánticos

Para realizar el estudio, Diraq—una empresa emergente de nanotecnología de UNSW Sydney—colaboró con el instituto europeo Interuniversity Microelectronics Centre (imec). Diraq ya había presentado un chip de silicio cuyos cúbits se fabricaban mediante procesos CMOS en su laboratorio.

Ese paso impulsó al equipo a ampliar la tecnología y emplear métodos de fabricación a gran escala. El logro abre la puerta a la producción masiva de chips cuánticos de silicio para aplicaciones que van desde el transporte hasta los dispositivos médicos.

Futuras Líneas de Investigación

Los ingenieros investigarán configuraciones mayores y ocupaciones electrónicas más altas. Buscan comprender el origen físico de los mecanismos de error observados y crear modelos que puedan predecirlos y evitarlos. Si tienen éxito, el trabajo ofrecerá una ruta clara hacia un rendimiento aún mayor.

Invertir en Computación Cuántica

Varios desarrolladores de computadoras cuánticas operan en todo el mundo. Estas empresas amplían continuamente los límites de la informática e invierten en I+D para reducir los costes de fabricación. La siguiente compañía sigue siendo pionera y está reconocida como líder del sector.

Rigetti Computing

Rigetti Computing (RGTI ) entró en el mercado en 2013. Con sede en California, fue fundada por el físico Chad Rigetti. Su enfoque inicial era crear y mantener cúbits superconductores, incluidos sistemas cuánticos superconductores integrales y otro hardware esencial.

Rigetti ha sido pionera en el mercado. En 2016 presentó su primer procesador cuántico, un chip de tres cúbits que abrió el camino a innovaciones como el entorno de programación Forest, que ayudó al desarrollo de algoritmos.

En 2017 se lanzó Rigetti Quantum Cloud Services (QCS), que ofreció a las empresas acceso a potentes chips cuánticos. Ese mismo año abrió una nueva fundición en Fremont, California, reforzando su posición y capacidad de fabricación.

En 2024, Rigetti demostró sus procesadores de 32 cúbits y después estableció una alianza estratégica con AWS. Estas iniciativas reforzaron su posición y la confianza del mercado. Hoy se considera una vía para obtener exposición al sector de la computación cuántica.

Últimas Noticias y Rendimiento de las Acciones de Rigetti Computing (RGTI)

Estudio de Fabricación de Chips Cuánticos | Conclusión

Existen muchas razones por las que fabricar chips cuánticos de silicio capaces de aprovechar la madura industria de semiconductores beneficia a todos. Además de reducir costes e impulsar nuevas investigaciones, fomentará una mayor innovación tecnológica.

Conozca otros avances interesantes en computación cuántica aquí.

Referencias

^{1. Steinacker, P., Dumoulin Stuyck, N., Lim, W. H., Tanttu, T., Feng, M., Serrano, S., Nickl, A., Candido, M., Cifuentes, J. D., Vahapoglu, E., Bartee, S. K., Hudson, F. E., Chan, K. W., Kubicek, S., Jussot, J., Canvel, Y., Beyne, S., Shimura, Y., Loo, R., . . . Dzurak, A. S. (2025). Industry-compatible silicon spin-qubit unit cells exceeding 99% fidelity. Nature, 1-7. https://doi.org/10.1038/s41586-025-09531-9}