Fujitsu ha presentado un nuevo prototipo de ordenador cuántico basado en espines de diamante que combina centros de vacancia de estaño con circuitos fotónicos integrados. La compañía japonesa plantea esta arquitectura como una posible vía para construir máquinas cuánticas de mayor tamaño, al permitir conectar diferentes módulos de procesamiento mediante luz.
El prototipo puede funcionar a -271,6 grados Celsius, una temperatura próxima al cero absoluto, y utiliza las propiedades de determinados defectos controlados en la estructura cristalina del diamante para almacenar información cuántica.
A diferencia de buena parte de las investigaciones anteriores con espines de diamante, centradas en los llamados centros de vacancia de nitrógeno o centros NV, Fujitsu ha optado por centros de vacancia de estaño. En esta configuración, un átomo de estaño queda situado entre dos vacantes de la estructura del diamante. Según la compañía, esta estructura presenta una mayor simetría y puede ser menos sensible al ruido externo, además, estos centros pueden emitir luz con una intensidad aproximadamente diez veces superior a la de otras configuraciones, una característica especialmente importante para la arquitectura desarrollada por Fujitsu.
La compañía pretende aprovechar esa emisión de luz para utilizar fotones como enlace entre diferentes módulos cuánticos. De esta forma, en lugar de depender únicamente de aumentar el número de cúbits dentro de un único procesador, sería posible construir sistemas formados por varios módulos conectados ópticamente.
La tecnología también está relacionada con uno de los grandes desafíos de la computación cuántica, la corrección de errores. Los cúbits son extremadamente sensibles a las perturbaciones externas, por lo que los ordenadores cuánticos necesitan mecanismos para proteger la información.
Fujitsu considera que las características de los centros de vacancia de estaño podrían facilitar la construcción de cúbits lógicos, unidades de información protegidas mediante la combinación de varios cúbits físicos, el objetivo es conseguir sistemas más fiables sin que el número de componentes necesarios crezca de forma descontrolada.
Para fabricar el prototipo, los investigadores han integrado pequeños cristales de diamante con centros de vacancia de estaño y guías de ondas ópticas de alúmina. El diamante utilizado, inicialmente de varios cientos de micrómetros de grosor, se redujo hasta unos cientos de nanómetros para integrarlo en los circuitos. El sistema permite controlar los cúbits mediante luz, microondas y radiofrecuencia, y ya ha sido utilizado en pruebas a través de la Fujitsu Hybrid Quantum Computing Platform.
El prototipo es solo el primer paso de una hoja de ruta mucho más ambiciosa, Fujitsu prevé construir en 2027 un ordenador cuántico de espín de diamante formado por múltiples módulos y posteriormente alcanzar los 250 cúbits lógicos en 2030. El objetivo final es todavía más exigente: llegar a 1.000 cúbits lógicos en 2035. Para ello, la compañía también estudia combinar esta tecnología de espín de diamante con ordenadores cuánticos superconductores, buscando aprovechar las ventajas de ambas arquitecturas.
El proyecto es fruto de una colaboración iniciada en 2020 entre Fujitsu, la Universidad Tecnológica de Delft y QuTech. Si la tecnología consigue mantener sus prestaciones al aumentar de escala, el uso de diamantes y conexiones fotónicas podría convertirse en una de las vías para superar uno de los principales límites actuales de la computación cuántica, cómo conectar y controlar grandes cantidades de cúbits sin perder fiabilidad.