En el marco del avance hacia la construcción de ordenadores cuánticos superconductores, un equipo de investigadores liderado por Mohammad Mirhosseini, profesor asistente de ingeniería eléctrica y física aplicada en el Instituto Tecnológico de California (Caltech), ha desarrollado un transductor en chip que promete superar una de las principales limitaciones actuales: la conversión de fotones de microondas en fotones ópticos. Este avance podría facilitar la creación de redes de computación cuántica a gran escala, utilizando tecnologías ópticas similares a las que sustentan Internet actualmente.
Los qubits de microondas, que son partículas individuales de radiación en la gama de microondas, se consideran una de las mejores opciones para la construcción de ordenadores cuánticos gracias a su facilidad de control y a su capacidad de fabricación escalable. Sin embargo, estos qubits necesitan ser enfriados a temperaturas ultrabajas, alrededor de 30 miliKelvin, para reducir el ruido de fondo y permitir la detección y manipulación efectiva de los fotones de microondas. A temperatura ambiente, la información cuántica contenida en estos fotones se pierde rápidamente debido a un fenómeno conocido como decoherencia.
Un Dispositivo Innovador
El nuevo dispositivo desarrollado por el equipo de Mirhosseini realiza una transformación en pasos para convertir fotones de microondas en fotones ópticos. Este transductor de silicio incluye un pequeño vástago que vibra a 5 gigahercios, acoplándose a un resonador de microondas, que actúa como un contenedor a nanoescala donde los fotones rebotan. Mediante una técnica de actuador electrostático, el dispositivo convierte un fotón de microondas en una vibración mecánica del vástago, y esta oscilación mecánica, con la ayuda de luz láser, se transforma en un fotón óptico.
La efectividad de esta técnica de conversión se mide a través de varios parámetros, siendo el más relevante la minimización del ruido, que se refiere a la introducción de señales falsas. El estudiante de ingeniería eléctrica de Caltech, William Chen, coautor del estudio, destaca que el método es independiente del material del oscilador mecánico utilizado, lo que permitió construir el transductor a partir de silicio, un material que presenta un calentamiento mínimo bajo la iluminación láser, contribuyendo así a los bajos niveles de ruido alcanzados en este trabajo.
Además, el rendimiento del dispositivo, que mide la eficiencia en la conversión de fotones de microondas a fotones ópticos y la velocidad a la que puede ser reutilizado, ha demostrado ser aproximadamente 100 veces más eficaz que los sistemas anteriores, manteniendo un nivel de ruido similar. Mirhosseini expresa su entusiasmo por este avance, señalando que su sencillez en la fabricación a gran escala podría permitir demostraciones que antes parecían inalcanzables.
Este avance en la tecnología cuántica no solo representa un paso significativo en el desarrollo de computadoras cuánticas más potentes y eficientes, sino que también podría abrir nuevas posibilidades en el ámbito del procesamiento de información a través de redes ópticas, lo que podría transformar diversos sectores, desde la criptografía hasta la inteligencia artificial.
Más información: Han Zhao et al, Quantum-enabled microwave-to-optical transduction via silicon nanomechanics, Nature Nanotechnology (2025). DOI: 10.1038/s41565-025-01874-8
