Luz, silicio y locura: los científicos incrustaron un quantum en un chip — y funciona

Investigadores de la Universidad de Boston, la Universidad de California en Berkeley y la Universidad Northwestern han presentado el primer chip cuántico integrado electrón-fotón del mundo. El dispositivo combina fuentes cuánticas de luz y electrónica de control en una sola plataforma, fabricada mediante el estándar tecnológico de 45 nanómetros.

El desarrollo genera flujos de pares de fotones entrelazados, componentes clave para los futuros cálculos cuánticos, sensores y canales de comunicación seguros. Un punto importante: todo se ha realizado usando capacidades comerciales de semiconductores, sin recurrir a instalaciones experimentales. Esto es especialmente significativo, ya que los fotones cuánticos abren nuevos enfoques para la transmisión segura de datos.

Cada módulo del chip contiene doce fuentes cuánticas independientes, cada una con un tamaño inferior a un milímetro cuadrado. Su funcionamiento se basa en activación láser y resonadores de microranura, que forman pares de fotones entrelazados.

Los resonadores son extremadamente sensibles: la más mínima variación de temperatura o desviación de fabricación puede perturbar el flujo de luz y desestabilizar el sistema. Para eliminar estos riesgos, los científicos integraron un sistema de control en tiempo real dentro del chip. Este sistema supervisa los parámetros y corrige instantáneamente cualquier desviación durante el funcionamiento del dispositivo.

Cada resonador está equipado con un fotodiodo que detecta desajustes bajo la acción del láser. Calentadores microintegrados y lógica de control incorporada compensan automáticamente los cambios de temperatura, garantizando la generación estable de fotones independientemente de las condiciones externas.

El principal avance tecnológico consiste en la exitosa combinación de componentes cuánticos y clásicos dentro de un proceso de fabricación en masa. Los autores del proyecto han demostrado que estas soluciones pueden reproducirse en serie en fábricas convencionales.

Según Daniel Kramnik de UC Berkeley, la implementación requirió una estrecha integración de enfoques provenientes de campos que rara vez convergen: la fotónica y la electrónica de semiconductores.

La plataforma fue desarrollada en colaboración con las empresas GlobalFoundries y Ayar Labs específicamente bajo el estándar CMOS de 45 nm, anteriormente utilizado en dispositivos de IA e interfaces de supercomputadoras. Ahora se ha adaptado a tareas cuánticas. Varios participantes del proyecto ya están activos en la industria: desarrollan tecnologías fotónicas y cuánticas en startups como PsiQuantum, Ayar Labs y Google X —lo que definitivamente refleja la demanda y el potencial práctico de las competencias adquiridas.

El proyecto fue financiado por la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU., el programa de becas Packard y la empresa GlobalFoundries —lo que indica su importancia tanto para la ciencia académica como para la industria.

El sistema presentado no es un prototipo de laboratorio, sino una prueba de que los chips cuánticos pueden fabricarse en serie. Esto abre el camino hacia la comercialización de componentes cuánticos en los próximos años.

Las próximas tareas serán reducir el consumo de energía y densificar la arquitectura. Todo con el fin de hacer posible la aplicación práctica de estos dispositivos: en comunicaciones ópticas, sensores y sistemas computacionales de nueva generación. Esto es especialmente relevante en el contexto de la criptografía post-cuántica, ya que las tecnologías cuánticas no solo plantean nuevos riesgos para los métodos actuales de cifrado, sino que también ofrecen formas radicalmente nuevas de proteger la información.