Un avance innovador ha sido anunciado por un equipo interdisciplinar de las universidades de Boston, Berkeley y Northwestern. Estos científicos han logrado integrar fuentes de luz cuántica y sistemas electrónicos de control en un único chip de silicio, utilizando una plataforma comercial de 45 nanómetros. Esta hazaña, publicada en la revista especializada Nature Electronics, presenta el primer sistema cuántico electrónico-fotónico completamente integrado que se fabrica con tecnología estándar CMOS. Este desarrollo podría ser el catalizador para la próxima generación de chips cuánticos escalables.
El chip actúa como una red de «fábricas de luz cuántica», capaces de emitir pares de fotones correlacionados, cruciales para la computación cuántica, las comunicaciones seguras y los sensores de alta precisión. Cada fuente ocupa un milímetro cuadrado e incluye resonadores microring de silicio, componentes destacados por Jensen Huang de NVIDIA como fundamentales para la futura computación óptica.
El principal desafío ha sido estabilizar estos resonadores, sumamente sensibles a variaciones térmicas y de fabricación. Para solventar esto, los investigadores incorporaron sensores fotónicos y sistemas de control térmico directamente en el chip, permitiendo ajustar la resonancia de cada fuente cuántica en tiempo real. El sistema puede operar hasta 12 fuentes de fotones en paralelo, manteniendo la sincronización a pesar de las interferencias internas.
La fabricación del chip a través de una plataforma CMOS de 45 nm, desarrollada con la colaboración de GlobalFoundries y Ayar Labs, muestra que la integración cuántica puede escalar más allá de prototipos de laboratorio. Según Miloš Popović de la Universidad de Boston, este avance es «esencial porque se ha logrado usando procesos comerciales y reproducibles».
El diseño, liderado por Daniel Kramnik de la Universidad de Berkeley, resalta la colaboración interdisciplinaria del proyecto: “La electrónica, la fotónica y la óptica cuántica han sido co-diseñadas como un sistema integrado único”.
Aunque este chip no representa un ordenador cuántico funcional, establece un nuevo estándar en la construcción de sistemas cuánticos al ser miniaturizado, controlable y escalable desde su concepción. Su aplicación potencial podría abarcar desde mejorar las infraestructuras de comunicaciones seguras hasta proporcionar componentes críticos para arquitecturas de computación cuántica híbridas y sensores ultra precisos.
Como reflejo del impulso en el sector, varios investigadores de este proyecto se han unido a importantes empresas como PsiQuantum, Ayar Labs y Google X, demostrando el creciente interés en la fotónica de silicio tanto para la inteligencia artificial como para la computación cuántica integrada.
Este avance cuenta con el apoyo de la National Science Foundation, el programa FuSe, la Packard Foundation y la Catalyst Foundation, consolidando un ecosistema académico e industrial enfocado en llevar la cuántica desde el laboratorio al mercado. Este primer chip cuántico electrónico-fotónico indica el inicio de una nueva era, donde la computación cuántica podría escalar en las mismas bases tecnológicas que hoy impulsan la inteligencia artificial.
