La investigación en computación cuántica está dando pasos significativos hacia adelante, con un reciente avance en la integración de puntos cuánticos de silicio. Un equipo de expertos de Quantum Motion, con sede en Londres, ha logrado combinar 1,024 puntos cuánticos independientes con electrónica digital y analógica en un sistema que opera a temperaturas extremadamente bajas. Este hito, descrito en un artículo publicado en la revista Nature Electronics, podría abrir nuevas posibilidades en el desarrollo de tecnologías basadas en qubits de silicio.
La escalabilidad de las computadoras cuánticas ha sido un desafío persistente, y su adopción masiva se ha visto limitada por la complejidad de los procesos de fabricación y la necesidad de mantener un rendimiento óptimo y eficiencia energética. Los investigadores, liderados por Edward J. Thomas y Virginia N. Ciriano-Tejel, han señalado que a medida que los procesadores cuánticos aumentan en complejidad, surgen nuevos retos relacionados con la gestión de la variabilidad de los dispositivos y su interacción con la electrónica de soporte.
Integración de Puntos Cuánticos de Silicio
Los puntos cuánticos son estructuras semiconductoras a escala nanométrica que permiten confinar y manipular electrones individuales. Esta investigación se centra en los qubits de espín, que utilizan la propiedad de giro de los electrones para almacenar información. La integración de 1,024 puntos cuánticos con electrónica on-chip representa un avance crucial, ya que todos los componentes operan a temperaturas inferiores a 1 K.
Para caracterizar rápidamente todos los puntos cuánticos de este sistema, se utilizó una técnica conocida como reflectometría de radiofrecuencia (RF). Según los investigadores, un multiplexor analógico de alta frecuencia permite un acceso rápido a todos los dispositivos con un mínimo de conexiones eléctricas, lo que facilita la adquisición y análisis de datos característicos en menos de diez minutos. Este proceso se realiza mediante reflectometría de radiofrecuencia con una integridad de señal de última generación, logrando una relación señal-ruido superior a 75.
Además, se han desarrollado nuevas herramientas para extraer información sobre el rendimiento de los puntos cuánticos y evaluar su potencial para integrarse en tecnologías cuánticas. Estas herramientas podrían aplicarse a otros sistemas basados en puntos cuánticos, incluyendo aquellos que implican puntos cuánticos acoplados, que son fundamentales en los ordenadores cuánticos actuales basados en semiconductores.
Los investigadores han descubierto que los parámetros criogénicos de los puntos cuánticos de silicio pueden preverse a partir del comportamiento a temperatura ambiente. Este hallazgo podría tener importantes implicaciones para el desarrollo futuro de tecnologías cuánticas, ya que podría reducir el tiempo y los recursos necesarios para optimizar estos sistemas.
El futuro del desarrollo de métodos pre-criogénicos y herramientas de análisis podría permitir una mayor participación de la industria y una reducción significativa de los costos en la evolución de esta tecnología, especialmente si se pueden extraer más correlaciones al estudiar celdas unitarias complejas.
Más información: Edward J. Thomas et al, Rapid cryogenic characterization of 1,024 integrated silicon quantum dot devices, Nature Electronics (2025). DOI: 10.1038/s41928-024-01304-y
