Millones de chips cuánticos: cómo PsiQuantum ha domesticado los fotones

La semana pasada, la startup estadounidense PsiQuantum anunció que había logrado solucionar uno de los mayores problemas de los ordenadores cuánticos: la producción masiva de chips cuánticos. La empresa, que operó discretamente durante años, atrajo la atención en 2021 con una ronda de financiación multimillonaria. En el último año, ha asegurado dos nuevas inversiones importantes.

Los ingenieros de PsiQuantum apostaron por la computación cuántica fotónica, una tecnología que muchos expertos consideraban poco viable. Su método codifica información en partículas individuales de luz, ofreciendo tres ventajas clave: casi nula interferencia, velocidades extremadamente altas y compatibilidad directa con redes de fibra óptica. Sin embargo, hasta ahora, esta tecnología enfrentaba desafíos técnicos significativos: los fotones se mueven demasiado rápido, se pierden fácilmente y su generación y detección son extremadamente complejas.

En un artículo publicado en la revista Nature y revisado por pares, la empresa presentó un sistema de computación cuántica fotónica listo para la producción a escala industrial. Los desarrolladores afirman que su enfoque permite aumentar la potencia del sistema sin limitaciones significativas.

Los ordenadores convencionales almacenan información en transistores en forma de bits, representados como ceros y unos. En contraste, los ordenadores cuánticos utilizan qubits, que pueden existir en múltiples estados simultáneamente gracias a la superposición cuántica. Actualmente, las tecnologías dominantes en este campo incluyen los circuitos superconductores, utilizados por Google, IBM y Rigetti. Estos sistemas requieren refrigeración extrema, cercana al cero absoluto, para mantener la coherencia cuántica. Sus desarrolladores han proclamado hitos como la supremacía cuántica (cuando un ordenador cuántico supera a un clásico en tareas específicas) y la utilidad cuántica (cuando estos sistemas pueden resolver problemas prácticos).

Otra tecnología prominente es la computación cuántica basada en iones atrapados, desarrollada por IonQ y Honeywell. En estos sistemas, átomos cargados se mantienen en trampas electromagnéticas, y los qubits se almacenan en sus estados energéticos. También existen enfoques menos convencionales, como los átomos neutros, los qubits de silicio, los defectos en diamantes y los esquemas fotónicos avanzados. Si bien muchas de estas tecnologías pueden adquirirse o usarse en la nube, la mayoría sigue siendo experimental y costosa.

Los bits en los ordenadores actuales operan con una precisión casi perfecta, con errores ocurriendo solo una vez por cada billón de operaciones. La plataforma de PsiQuantum aún no alcanza ese nivel, pero ha logrado avances notables. Sus ingenieros han desarrollado guías de onda de nitruro de silicio, que minimizan la pérdida de señal, detectores ultrasensibles capaces de contar fotones individuales y interconexiones casi perfectas entre los componentes. Actualmente, los errores ocurren solo en el 0,02% de las operaciones de un solo qubit y en el 0,8% de las operaciones de pares de qubits.

El mayor avance de PsiQuantum ha sido un nuevo método de corrección de errores basado en la fusión de partículas, que supera a los enfoques anteriores en eficiencia. Su objetivo final es lograr una tecnología completamente tolerante a fallos: si la tasa de errores cae por debajo de un umbral crítico, estos podrán corregirse indefinidamente sin afectar el rendimiento.

Sin embargo, algunos expertos se muestran escépticos ante tales afirmaciones. Las pruebas realizadas hasta ahora involucran solo unos pocos qubits, mientras que una máquina cuántica operativa necesitaría gestionar interacciones entre millones, miles de millones o incluso billones de qubits.

El desarrollo de esta tecnología ha sido posible gracias a una colaboración con el fabricante de semiconductores GlobalFoundries. Todos los componentes esenciales, incluidos los generadores y detectores de fotones, las puertas lógicas y los circuitos de corrección de errores, se han integrado en un solo chip de silicio. GlobalFoundries ya ha fabricado millones de estos microchips, lo que marca un hito en la producción de hardware cuántico a gran escala.