Fujitsu presenta un revolucionario ordenador cuántico basado en diamantes

El gigante tecnológico japonés Fujitsu ha dado un importante paso adelante en el campo de la computación cuántica al presentar el primer prototipo funcional del mundo de un ordenador cuántico construido sobre espines de diamante. Este innovador desarrollo aprovecha las propiedades únicas de los centros vacante-estaño (SnV), integrados en circuitos integrados fotónicos, y abre nuevos horizontes para crear sistemas cuánticos más potentes y eficientes.

A diferencia de los ordenadores cuánticos superconductores tradicionales, que requieren temperaturas extremadamente bajas, cercanas al cero absoluto, el nuevo desarrollo de Fujitsu demuestra su operatividad a una temperatura mucho más alta: -271,6 grados Celsius. Esto simplifica considerablemente su uso y reduce el consumo energético, acercando la computación cuántica a aplicaciones prácticas. El equipo de investigación de Fujitsu sostiene que el uso de la luz para conectar módulos de cálculo individuales es un factor clave que podría llevar a la creación de ordenadores que superen ampliamente las capacidades actuales.

De defectos atómicos a cálculos de alto rendimiento

El corazón de la nueva tecnología son defectos especiales en la red cristalina del diamante, conocidos como centros de color. Tradicionalmente, en los sistemas de espín de diamante se han utilizado centros vacante-nitrógeno (NV), donde un átomo de nitrógeno ocupa el lugar del carbono junto a una vacante. Sin embargo, Fujitsu se ha centrado en los centros vacante-estaño (SnV). Estos defectos se caracterizan por la presencia de un átomo de estaño situado entre dos vacantes en la estructura del diamante.

“La estructura simétrica hace que los centros SnV sean menos sensibles al ruido externo que los centros NV tradicionales. Además, los centros SnV emiten luz aproximadamente 10 veces más intensamente que los centros NV. Esto podría mejorar las conexiones ópticas entre los módulos cuánticos”, explicaron representantes de Fujitsu.

Esta característica de los centros SnV les otorga ventajas significativas. Su resistencia a las influencias externas implica una menor probabilidad de pérdida de estados cuánticos, algo crítico para el funcionamiento estable de los cúbits. Una emisión de luz más intensa facilita el acoplamiento óptico entre módulos cuánticos individuales, clave para escalar el sistema. Además, este enfoque promete una corrección de errores más eficiente. Las propiedades específicas de los centros SnV permiten formar cúbits lógicos —la base de la computación cuántica— utilizando un menor número de cúbits físicos en comparación con las tecnologías competidoras. Esto significa que se necesitarán menos recursos para ejecutar algoritmos cuánticos complejos, acelerando el progreso hacia el desarrollo de aplicaciones cuánticas prácticas.

La compañía ya ha esbozado planes de desarrollo ambiciosos. Para 2027, Fujitsu planea presentar un prototipo multicúbit de ordenador de espín de diamante, y para 2030 pretende hacer que la computación cuántica sea comercialmente accesible. Según su hoja de ruta, para el año fiscal 2030 se desarrollará un sistema de 250 cúbits lógicos, y para el año fiscal 2035, un sistema con 1000 cúbits lógicos.

Integrar diamantes en un chip cuántico: una obra maestra de la ingeniería

Crear un dispositivo tan complejo requirió soluciones de ingeniería avanzadas. Fujitsu ha desarrollado un proceso especial que permite integrar sustratos de diamante de alta calidad con estaño implantado en sustratos de óxido de aluminio y dióxido de silicio. El diamante, que originalmente tenía un grosor de varios cientos de micrómetros, fue reducido mediante un procesamiento preciso hasta unos pocos cientos de nanómetros para formar parte de los chips cuánticos.

“El enfoque basado en espines de diamante que hemos utilizado en este prototipo no solo ofrece una escalabilidad excepcional por sí mismo, sino que también tiene el potencial de integrarse con ordenadores cuánticos superconductores con el fin de ampliar aún más sus capacidades y ejecutar cálculos más complejos y a mayor escala”, señaló Vivek Mahajan, director técnico de Fujitsu.

En paralelo, la compañía ha desarrollado circuitos integrados fotónicos que combinan eficazmente cristales de diamante de tamaño nanométrico con centros SnV y guías de onda ópticas de óxido de aluminio. Un elemento importante del sistema es el mecanismo desarrollado para controlar cúbits de espín de diamante mediante luz, microondas y ondas de radiofrecuencia. Esto permite controlar con precisión el estado de los cúbits, algo necesario para ejecutar algoritmos cuánticos complejos.

Este logro es el resultado de una larga colaboración entre Fujitsu, la Universidad Técnica de Delft y QuTech, iniciada en 2020. Kees Eijkel, director general de QuTech, destacó la importancia de este prototipo como resultado de una investigación conjunta.

La nueva tecnología podría aplicarse a la resolución de problemas fuera del alcance de los superordenadores actuales, especialmente en el desarrollo de nuevos fármacos, materiales, la optimización de complejas cadenas logísticas y la criptografía. Fujitsu también aspira a hacer que la computación cuántica sea accesible para un público más amplio mediante la integración de este desarrollo en una plataforma de computación cuántica híbrida, que no requiere que los usuarios tengan conocimientos técnicos profundos para trabajar con el hardware. Este paso demuestra la intención de la empresa de hacer que las tecnologías cuánticas sean más prácticas y accesibles.