China da un paso decisivo hacia la autonomía cuántica: produce por primera vez el silicio ultrapuro que sus competidores controlaban

China es una potencia en tecnologías cuánticas. De hecho, en este ámbito mira de tú a tú a EEUU. Estos dos países han acumulado hitos notables durante los últimos años, incluida la supremacía cuántica, pero su liderazgo diverge según el área. En computación cuántica EEUU acumula el 34% de los artículos más citados frente al 16% chino, mientras que en telecomunicaciones cuánticas China lidera con el 34% de la producción científica de referencia frente al 17% estadounidense.

El panorama de patentes refleja esa misma dualidad. China acapara en torno al 60% de todas las solicitudes globales de tecnología cuántica registradas en 2024, pero cuando el filtro se aplica sobre las patentes internacionales (aquellas protegidas simultáneamente en varios países), EEUU lidera con el 48% frente al 11% chino. Aunque, como acabamos de ver, China está llevando a cabo logros importantes en el terreno de las tecnologías cuánticas, en cierta medida depende de algunas innovaciones procedentes del extranjero.

En la coyuntura de tensión que sostiene con EEUU y sus aliados, este gigantesco país asiático necesita independizarse de las tecnologías cuánticas extranjeras, y acaba de dar un paso hacia delante muy importante en esta dirección. La Corporación Nuclear Estatal China ha anunciado que uno de sus institutos de investigación ha producido por primera vez silicio-28 de alta pureza con una abundancia isotópica superior al 99,99%. Este isótopo resulta decisivo porque se le considera la materia prima del hardware cuántico con mayor potencial de escala: los ordenadores cuánticos basados en silicio.

El silencio lo es todo

La razón por la que el silicio-28 importa tanto hay que buscarla en la física. El silicio natural está compuesto mayoritariamente de silicio-28, pero contiene aproximadamente un 4,7% de silicio-29, un isótopo con espín nuclear no nulo. Este detalle es inocuo para un transistor clásico, pero resulta devastador para un ordenador cuántico debido a que los núcleos de silicio-29 actúan como fuentes de ruido magnético que perturban los cúbits, provocando que pierdan su estado cuántico en fracciones de segundo.

Enriquecer el silicio hasta eliminar casi por completo esa impureza equivale a construir una sala anecoica para los cúbits: un entorno donde el ruido desaparece y la información cuántica puede persistir el tiempo suficiente para operar sobre ella. Un ordenador cuántico basado en silicio utiliza el espín de los electrones atrapados en puntos cuánticos (nanoestructuras fabricadas sobre una oblea de silicio) como unidad básica de información. La coherencia, es decir, la capacidad del cúbit para mantener su estado cuántico el tiempo suficiente como para operar sobre él, depende directamente de lo silencioso que sea el entorno circundante.

En el silicio natural el campo magnético generado por los núcleos de silicio-29 limita drásticamente esa coherencia. Sin embargo, en el silicio-28 enriquecido al 99,99% ese campo desaparece. Los experimentos más recientes en obleas fabricadas con procesos industriales CMOS estándar han arrojado tiempos de coherencia de hasta 803 microsegundos y tiempos de relajación de 6,3 segundos, así como fidelidades de operación que superan el 99% tanto en puertas de un cúbit como de dos. Estos números cobran sentido al ponerlos frente a los de otras tecnologías de cúbits.

Los cúbits superconductores, la apuesta de Google e IBM, son extraordinariamente rápidos en la ejecución de puertas lógicas, pero exigen refrigeración a temperaturas próximas al cero absoluto (en torno a 15 milikelvin) y sus tiempos de coherencia se miden en decenas de microsegundos. Los cúbits de iones atrapados, por su parte, logran coherencias de varios segundos y tasas de error muy bajas, pero sus operaciones son lentas y escalarlos más allá del centenar de cúbits resulta extraordinariamente difícil. De hecho, requieren sistemas de vacío ultrafino, trampas electromagnéticas complejas y láseres de precisión quirúrgica.

Los cúbits de espín en silicio-28 no son los más rápidos ni los de mayor coherencia en términos absolutos, pero combinan una coherencia suficientemente larga con una ventaja que ninguna otra plataforma puede igualar. Esa ventaja es la compatibilidad con la industria de los semiconductores tal y como existe hoy. Los cúbits de espín en silicio se fabrican sobre obleas de 300 mm utilizando procesos CMOS estándar, los mismos que TSMC, Intel o Samsung emplean para producir transistores clásicos. Esto significa que, en principio, la transición de un puñado de cúbits a millones integrados en un solo chip no está limitada por física desconocida, sino por la misma ingeniería de fabricación que la industria lleva décadas dominando.

Para China, que ha invertido muchísimos recursos en construir y afianzar una industria de los semiconductores propia, lograr producir con autonomía el material base del que depende esta arquitectura no es solo un hito científico; es un movimiento estratégico que conecta su agenda cuántica con su industria de los chips. Y, de propina, también con su objetivo más amplio de autonomía tecnológica frente a Occidente.

Imagen | Maxence Pira (Unsplash)

Más información | SCMP

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China da un paso decisivo hacia la autonomía cuántica: produce por primera vez el silicio ultrapuro que sus competidores controlaban

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Laura López

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