Por Angel Di Matteo   𝕏 @shadowargel

Fujitsu desarrolló un prototipo funcional de computadora cuántica que utiliza defectos microscópicos en diamantes como qubits y circuitos fotónicos para conectarlos mediante luz. La compañía japonesa considera que esta arquitectura podría facilitar la construcción de sistemas cuánticos modulares de gran escala y espera alcanzar 250 qubits lógicos en 2030 y 1.000 para 2035.

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  • Fujitsu presentó lo que describe como la primera computadora cuántica funcional de espín de diamante con centros de vacancia de estaño integrados en circuitos fotónicos.
  • La tecnología convierte defectos controlados dentro de la estructura cristalina del diamante en qubits.
  • Los centros SnV pueden emitir aproximadamente 10 veces más luz que los tradicionales centros NV, una ventaja para conectar módulos cuánticos ópticamente.
  • Fujitsu planea construir un prototipo multimódulo en 2027 y avanzar hacia aplicaciones prácticas alrededor de 2030.
  • Su hoja de ruta contempla sistemas de 250 qubits lógicos para el año fiscal 2030 y 1.000 para 2035.

 

El gigante tecnológico japonés Fujitsu presentó un nuevo prototipo de computadora cuántica basado en una arquitectura bastante diferente de los sistemas superconductores que actualmente concentran buena parte de los esfuerzos de compañías como IBM y Google: utiliza defectos introducidos deliberadamente dentro de diamantes para almacenar información cuántica y luz para conectarlos entre sí.

La compañía asegura que se trata del primer prototipo funcional de una computadora cuántica de espín de diamante que incorpora centros de vacancia de estaño, conocidos como SnV, dentro de circuitos fotónicos integrados. El proyecto es resultado de una colaboración iniciada en 2020 entre Fujitsu, la Universidad Tecnológica de Delft y el instituto neerlandés QuTech, detalla un reporte publicado por InterestingEngineering.

Más allá del prototipo, el objetivo es demostrar una arquitectura que pueda crecer mediante módulos interconectados ópticamente. Fujitsu planea construir una primera versión multimódulo para 2027 y contempla dentro de su hoja de ruta alcanzar 250 qubits lógicos en el año fiscal 2030 y 1.000 para 2035.

¿Qué tienen que ver los diamantes con una computadora cuántica?

La propuesta aprovecha una característica que, paradójicamente, normalmente sería considerada una imperfección: defectos dentro de la estructura cristalina de un diamante.

Un diamante está formado fundamentalmente por átomos de carbono organizados en una estructura extremadamente regular. Sin embargo, es posible modificar determinados puntos de esa red sustituyendo átomos o dejando posiciones vacantes. Estas irregularidades reciben el nombre de centros de color y sus propiedades cuánticas pueden utilizarse para almacenar y manipular información.

Los sistemas de espín de diamante tradicionalmente han utilizado centros de vacancia de nitrógeno o NV, en los que un átomo de nitrógeno sustituye a uno de carbono junto a una posición vacante.

Fujitsu optó por otra configuración: los centros SnV, donde un átomo de estaño queda situado entre dos vacancias dentro de la estructura del diamante.

La diferencia resulta importante porque su estructura simétrica hace que estos centros sean menos susceptibles a determinadas perturbaciones externas. En computación cuántica, reducir esa interferencia es fundamental, ya que los estados cuánticos son extremadamente delicados y pueden perder rápidamente la información que almacenan mediante un proceso conocido como decoherencia.

Hasta 10 veces más brillo para conectar computadoras mediante luz

Los centros SnV ofrecen otra característica particularmente interesante: Fujitsu asegura que pueden emitir luz con aproximadamente 10 veces la intensidad de los centros NV convencionales.

Esto podría facilitar uno de los elementos centrales de la arquitectura propuesta por la compañía: conectar diferentes módulos cuánticos mediante fotones.

Construir computadoras cuánticas de gran escala dentro de un único procesador presenta enormes dificultades de ingeniería. Una alternativa consiste en desarrollar módulos cuánticos más pequeños y conectarlos entre sí, de forma conceptualmente similar a cómo diferentes sistemas informáticos pueden integrarse dentro de una infraestructura mayor.

En el diseño de Fujitsu, la luz actuaría como enlace entre esos módulos. Las propiedades ópticas de los centros SnV podrían facilitar la transmisión de información cuántica entre diferentes componentes y, eventualmente, permitir que varios procesadores trabajen como un sistema mayor.

Esta aproximación modular constituye una de las razones por las que la compañía considera que la tecnología puede ofrecer ventajas importantes de escalabilidad.

El desafío no es simplemente tener más qubits

Fujitsu también destaca que la estabilidad de los centros SnV podría ayudar a reducir los recursos necesarios para implementar corrección de errores cuánticos.

Los qubits físicos son susceptibles a errores provocados por ruido, temperatura, interferencias y otras perturbaciones. Por ello, una computadora cuántica útil probablemente necesitará agrupar múltiples qubits físicos para construir un qubit lógico, capaz de preservar y procesar información con una tasa de error suficientemente baja.

Esto explica por qué hablar de 250 o 1.000 qubits lógicos es muy diferente de simplemente anunciar miles de qubits físicos.

Si una tecnología consigue qubits físicos más estables y de mayor fidelidad, potencialmente puede necesitar menos de ellos para construir cada qubit lógico. Fujitsu considera que las propiedades de su arquitectura de diamante podrían proporcionar precisamente esa ventaja.

De conseguirlo, el progreso no consistiría únicamente en fabricar más qubits, sino en reducir la enorme sobrecarga física necesaria para convertirlos en unidades computacionales confiables.

Diamantes de cientos de nanómetros dentro de chips fotónicos

Construir el prototipo requirió resolver varios desafíos de fabricación. Fujitsu desarrolló un procedimiento para unir sustratos de diamante de alta calidad implantados con estaño sobre materiales de alúmina y dióxido de silicio.

Las piezas de diamante, originalmente de varios cientos de micrómetros de espesor, fueron reducidas hasta apenas varios cientos de nanómetros para permitir su integración dentro de chips cuánticos.

Los investigadores desarrollaron además circuitos fotónicos que combinan cristales de diamante de escala nanométrica que contienen los centros SnV con guías de onda ópticas de alúmina. Estas estructuras permiten dirigir la luz dentro del dispositivo y constituyen una pieza fundamental para establecer las futuras conexiones entre módulos.

Finalmente, Fujitsu implementó mecanismos para controlar los qubits de espín utilizando una combinación de luz, microondas y ondas de radiofrecuencia.

Sigue necesitando temperaturas extremadamente bajas

La computadora todavía está muy lejos de funcionar a temperatura ambiente. El prototipo opera aproximadamente a -271,6 °C, apenas 1,55 grados Celsius por encima del cero absoluto.

Fujitsu compara esta temperatura con aproximadamente -273,13 °C para determinados sistemas cuánticos superconductores. La diferencia puede parecer pequeña, pero trabajar incluso algunos grados por encima de las condiciones requeridas por otras arquitecturas puede tener implicaciones para los sistemas criogénicos necesarios.

Esto no significa, sin embargo, que el nuevo prototipo elimine uno de los grandes obstáculos de la computación cuántica. Sigue requiriendo condiciones extremas y una infraestructura altamente especializada.

La verdadera apuesta de Fujitsu está principalmente en otras propiedades de la tecnología: fidelidad, estabilidad, conectividad óptica y capacidad de escalar mediante módulos.

Fujitsu contempla incluso combinar diamantes con sistemas superconductores

La compañía tampoco considera necesariamente que ambas arquitecturas deban competir de forma excluyente.

Vivek Mahajan, director de tecnología de Fujitsu, aseguró que el enfoque de espín de diamante ofrece posibilidades importantes de escalabilidad, pero añadió que también podría integrarse con computadoras cuánticas superconductoras para ampliar sus capacidades.

Una arquitectura híbrida podría aprovechar diferentes tecnologías para funciones específicas, utilizando por ejemplo sistemas superconductores para determinados cálculos y conexiones fotónicas basadas en centros de diamante para comunicación o expansión modular.

El prototipo ya fue operado en un entorno de pruebas mediante la Fujitsu Hybrid Quantum Computing Platform, y la compañía asegura que los usuarios pueden interactuar con el nuevo hardware sin necesitar conocimientos especializados adicionales sobre su arquitectura.

El objetivo: computación cuántica práctica desde 2030

Fujitsu ahora quiere pasar de demostrar que la arquitectura funciona a probar que puede escalar.

El siguiente hito importante llegará en 2027, cuando la compañía espera construir un prototipo formado por varios módulos de espín de diamante conectados entre sí. A partir de ahí, su hoja de ruta apunta hacia aplicaciones prácticas de computación cuántica alrededor de 2030.

Para ese año fiscal, Fujitsu pretende disponer de un sistema con 250 qubits lógicos, mientras que para 2035 espera alcanzar los 1.000 qubits lógicos.

Cumplir esos objetivos requerirá avances sustanciales en fabricación, corrección de errores, fidelidad y conexión entre módulos. Sin embargo, el nuevo prototipo aporta una demostración de otra posible ruta hacia computadoras cuánticas de gran escala.

En lugar de intentar concentrar cantidades cada vez mayores de qubits dentro de un único procesador, Fujitsu apuesta por convertir diminutas imperfecciones de diamantes en unidades de computación y utilizar fotones para conectarlas. Si la arquitectura consigue escalar, uno de los materiales más conocidos por su dureza podría terminar desempeñando un papel inesperado en una de las tecnologías computacionales más delicadas.

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Este artículo fue escrito por un redactor de contenido de IA y revisado por un editor humano para garantizar calidad y precisión.


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