En la batalla por construir las primeras computadoras cuánticas útiles del mundo, una empresa ha adoptado un enfoque completamente diferente al de los demás pioneros. El enfoque convencional es aumentar gradualmente el tamaño y la potencia de estos dispositivos y probarlos sobre la marcha.
Pero PsiQuantum, una startup con sede en Palo Alto, California, apuesta por el enfoque opuesto. La empresa está invirtiendo mucho en tecnologías cuánticas que sean compatibles con las plantas de fabricación de chips que ya existen. Utilizando estas instalaciones, su objetivo es producir en masa potentes ordenadores cuánticos basados en silicio desde el principio.
Esta semana, revelan qué tan bien va este enfoque y discuten los desafíos que aún quedan por delante.
Pistolas de fotones
Fundada en 2016, PsiQuantum llegó a los titulares en 2021 cuando recaudó 700 millones de dólares para perseguir su objetivo de construir computadoras cuánticas útiles en una década. Esta semana, anunció una inyección similar del gobierno australiano que elevaría su financiación total a unos 1.300 millones de dólares. Eso la convierte en una de las startups mejor financiadas de la historia.
El entusiasmo se debe en gran medida al enfoque único de PsiQuantum. Una decisión clave es la elección de bits cuánticos o qubits. Otras empresas se están centrando en qubits superconductores, trampas de iones, átomos neutros, puntos cuánticos, etc.
PsiQuantum ha optado por utilizar fotones. La ventaja es que los fotones no interactúan fácilmente con el entorno, por lo que su naturaleza cuántica es relativamente estable. Eso es importante para el cálculo.
Paradójicamente, esta renuencia a interactuar es también la principal desventaja de los fotones. Es difícil hacer que interactúen entre sí de una manera que procese la información.
Pero varios grupos han demostrado la computación cuántica óptica y PsiQuantum fue fundado por investigadores en esta área del Imperial College de Londres y la Universidad de Bristol.
La computación cuántica óptica funciona creando fotones o pares de ellos, guiándolos a través de canales tallados en silicio donde pueden interactuar y luego midiendo sus propiedades con detectores altamente especializados.
PsiQuantum pretende hacer todo esto con obleas de silicio. Su audaz idea era que ya sabemos cómo fabricar chips de silicio a gran escala mediante producción en masa. Construir plantas de fabricación de chips cuesta miles de millones, por lo que existe una ventaja significativa al poder utilizar esta tecnología actual.
Y al fabricar chips más grandes y más densamente empaquetados, las computadoras cuánticas ópticas pueden escalar con relativa facilidad. A diferencia de otros diseños donde escalar será mucho más difícil.
Así que toda la atención se ha centrado en cómo hacer que la fabricación de chips ópticos de computación cuántica sea compatible con las plantas de fabricación convencionales.
Eso no es tan fácil como parece. Por eso se ha esperado con impaciencia el artículo de esta semana que describe sus avances.
El equipo ha alcanzado numerosos objetivos. “Modificamos un flujo de fabricación de fotónica de silicio establecido para incluir detección de fotón único de alto rendimiento y generación de pares de fotones”, dicen. “Hasta donde sabemos, esta es la primera realización de una plataforma de tecnología fotónica integrada capaz de generar, manipular y detectar qubits fotónicos en un chip”.
Pero aún quedan pasos importantes por delante. PsiQuantum todavía necesita desarrollar una variedad de “tecnologías de próxima generación” para hacer factible la computación cuántica fotónica a gran escala. “Será necesario reducir aún más las pérdidas de materiales y componentes de nitruro de silicio, mejorar el rendimiento del filtro y aumentar la eficiencia del detector para impulsar la pérdida y la fidelidad general de los fotones”, dice el equipo.
Por ejemplo, los detectores de fotones en chips integrados en guías de ondas deben poder contar fotones individuales. Las guías de ondas de fotones en el chip deben tener menores pérdidas. Y quizás el mayor desafío sea desarrollar interruptores optoelectrónicos de alta velocidad que puedan reconfigurar rápidamente los circuitos ópticos.
Desafío material
PsiQuantum fabrica estos interruptores con titanato de bario (BTO), un material que debe incorporarse al proceso de fabricación. “Hemos desarrollado un proceso patentado para el crecimiento de películas BTO de alta calidad utilizando epitaxia de haz molecular, compatible con los procesos de fundición”, afirman.
Todo eso parece impresionante, pero el artículo no incluye una demostración de la computación cuántica en sí.
Quizás sea demasiado pronto para esperar eso. Para ser justos, la computación cuántica básica con fotones ha sido posible durante mucho tiempo con este tipo de sistemas a pequeña escala.
“La intención singular de nuestro desarrollo es una computadora cuántica útil y tolerante a fallas”, dicen. PsiQuantum también ha dicho en otro lugar que su objetivo es lograrlo para 2029.
Por supuesto, se enfrenta a una dura competencia de otros fabricantes de ordenadores cuánticos. Será una carrera emocionante y el reloj (cuántico) corre.
Ref: Una plataforma fabricable para la computación cuántica fotónica: arxiv.org/abs/2404.17570