Un equipo de investigadores de la Universidad de Nueva Gales del Sur (UNSW), en Australia, ha logrado algo que hasta hace poco solo podía imaginarse: hacer que los espines nucleares de átomos individuales puedan comunicarse entre sí dentro de un chip de silicio. Este avance no solo representa un logro teórico, sino que apunta directamente a uno de los mayores retos de la computación cuántica: la escalabilidad.
En el mundo cuántico, la información no se almacena en bits como en los ordenadores convencionales, sino en qubits, que pueden representar simultáneamente el 0 y el 1 gracias a la superposición cuántica. Sin embargo, lograr que esos qubits interactúen de forma controlada y precisa, sin perder sus propiedades cuánticas por interferencias externas, ha sido un verdadero quebradero de cabeza para la ciencia.
El espín nuclear como recurso cuántico ideal
El grupo de la UNSW, liderado por el profesor Andrea Morello, lleva más de una década desarrollando una arquitectura basada en el espín nuclear de átomos de fósforo implantados en silicio. Esta elección no es casual. El espín de un núcleo atómico es una de las formas más puras y estables de almacenar información cuántica, ya que está muy poco expuesto al ruido externo.
La estabilidad de estos espines es tal que el equipo australiano ya había demostrado que podían mantener un estado cuántico durante más de 30 segundos, lo que en este campo equivale a una eternidad. No obstante, esa misma fortaleza se convertía en una limitación: era extremadamente difícil lograr que dos de estos espines interactuasen entre sí, un requisito esencial para cualquier cálculo cuántico.
El problema de la interacción: aislamiento vs. conectividad
Diseñar un ordenador cuántico requiere encontrar un equilibrio casi imposible: los qubits deben estar aislados del entorno para no perder su coherencia cuántica, pero también necesitan interactuar entre ellos para realizar operaciones. Hasta ahora, muchas plataformas sacrificaban una propiedad por la otra. Algunas eran rápidas pero propensas al ruido; otras, estables pero difíciles de escalar.
El gran reto era lograr que estos qubits aislados se comunicaran a distancia sin sacrificar su pureza. Y ahí es donde entra el hallazgo de la UNSW.
Electrones como teléfonos cuánticos
Los investigadores comparan su solución con dar teléfonos a personas encerradas en habitaciones insonorizadas. Antes, los espines nucleares solo podían «hablar» si estaban en la misma habitación (es decir, bajo el control de un mismo electrón), lo que limitaba mucho la cantidad de qubits que podían usarse a la vez. Ahora, gracias a su descubrimiento, los electrón actúan como enlaces de comunicación entre núcleos distantes, permitiendo que los qubits interactúen aunque estén separados por decenas de nanómetros.
Para visualizarlo mejor, si se agrandara el tamaño de un núcleo atómico hasta igualarlo al de una persona, la distancia entre los espines conectados equivaldría al trayecto entre Sídney y Boston. Y aun así, logran comunicarse gracias a estos electrones mediadores.
Geometría cuántica y puertas lógicas
El truco está en una sofisticada técnica de entrelazamiento cuántico mediado por una «puerta geométrica» que se aplica a través del espín del electrón. De esta forma, los investigadores consiguieron crear un estado cuántico compartido entre dos espines nucleares separados, algo que abre la puerta al diseño de chips cuánticos con mayor cantidad de qubits distribuidos de manera eficiente.
Esta aproximación no solo demuestra que es posible escalar la tecnología, sino que además es compatible con los procesos industriales actuales. Las distancias utilizadas (unos 20 nanómetros) coinciden con las dimensiones típicas de los transistores en los chips de silicio modernos, como los que se encuentran en móviles o portátiles.
Integración con la industria del silicio
Uno de los aspectos más valiosos del avance es que no requiere una revolución en la fabricación. El equipo utilizó obleas ultrapuras de silicio suministradas por investigadores de la Universidad de Keio, en Japón, y los átomos de fósforo fueron implantados con precisión atómica por el equipo de la Universidad de Melbourne. Todo ello con tecnología ya disponible en la industria.
Esta compatibilidad es clave: la posibilidad de integrar qubits cuánticos en chips fabricados mediante técnicas industriales abre un camino concreto hacia ordenadores cuánticos escalables basados en silicio. La investigación, publicada en la revista Science, no es un simple experimento de laboratorio, sino un paso tangible hacia dispositivos cuánticos fabricables a gran escala.
Un futuro lleno de posibilidades
La capacidad de conectar qubits distantes a través de electrones sugiere un potencial enorme para la computación cuántica. Los electrones, al poder manipularse y desplazarse con facilidad, permiten activar y desactivar interacciones entre qubits de manera precisa, algo esencial para la ejecución de algoritmos cuánticos complejos.
La posibilidad de extender este método a más qubits, usando incluso electrones deformados o alargados para cubrir mayores distancias, podría dar lugar a arquitecturas cuánticas robustas y programables. Esto transforma a los espines nucleares, una de las formas más limpias y estables de qubit, en una opción viable y competitiva para el desarrollo de ordenadores cuánticos de uso general.
Aunque aún queda camino por recorrer, esta investigación redefine los límites de lo que se consideraba posible dentro del silicio, y lo hace sin romper con la herencia tecnológica de la microelectrónica tradicional. Como quien actualiza una antigua centralita telefónica con smartphones de última generación, este avance permite que los elementos cuánticos más puros empiecen a conversar entre ellos, sin ruido y a escala industrial.
