Una tecnología revolucionaria traslada las simulaciones cuánticas al ordenador de casa
La simulación cuántica es una herramienta fundamental para abordar problemas complejos de física, química e ingeniería, pero los sistemas tradicionales necesitan recursos masivos y condiciones extremas. El proyecto EPIQUS, financiado con fondos europeos, ha dado un paso transformador al desarrollar un simulador cuántico compacto basado en silicio que funciona a temperatura ambiente.
Superar las barreras de la simulación cuántica
Los simuladores cuánticos fotónicos permiten a los investigadores modelar escenarios reales sin los riesgos o costes de los experimentos físicos. Sin embargo, integrar la fotónica y la electrónica en un solo chip genera importantes retos. «El silicio es el material por excelencia para los circuitos fotónicos de bajas pérdidas y los fotodetectores de alta eficiencia. Sin embargo, a una determinada longitud de onda de funcionamiento, un solo chip de silicio no puede actuar a la vez como circuito conductor de ondas ópticas y detector de absorción», explica Mher Ghulinyan, coordinador del proyecto EPIQUS. Para superarlo, el equipo de EPIQUS combinó funcionalidades microelectrónicas de silicio maduras y funcionalidades fotónicas cuánticas de nitruro de silicio, creando una plataforma innovadora. El resultado es un simulador cuántico a temperatura ambiente con detectores de diodo de avalancha de fotón único escalables integrados en chip (Si SPAD).
Unir ciencia y práctica
El proyecto también abordó la usabilidad, creando un compilador cuántico que permita a los investigadores acceder al simulador y manejarlo a distancia. «Mediante una interfaz web, el usuario final puede acceder al “hardware” cuántico, configurar el experimento deseado y ejecutarlo en el simulador cuántico», explica Ghulinyan. Dicha capacidad amplía las potenciales aplicaciones del simulador más allá de la ciencia cuántica, a ámbitos como las telecomunicaciones y la biofotónica. Los circuitos fotónicos integrados de EPIQUS, basados en nitruro de silicio (SiN) con detectores de fotones de silicio, logran la eficiencia en longitudes de onda visibles y cercanas al infrarrojo. El nitruro de silicio es transparente en el espectro que va de los rayos ultravioleta a los infrarrojos. Mediante el diseño de circuitos cuánticos basados en SiN, el equipo de investigación optimizó la integración fotónica con los SPAD para operar a temperatura ambiente.
Abrir camino a la industria
El equipo de EPIQUS equilibra la investigación de vanguardia con la escalabilidad industrial. La plataforma demostró su viabilidad a escala de oblea, demostrando su compatibilidad con los procesos de fabricación de semiconductores metal-óxido complementario (CMOS) existentes. La futura optimización podría permitir la transferencia tecnológica para aplicaciones industriales, situando a Europa en la vanguardia de las tecnologías cuánticas.
Un impacto transformador
El prototipo del simulador cuántico a escala de chip de EPIQUS representa un salto en accesibilidad. «A corto plazo, nuestro demostrador abordará problemas cuánticos y los pondrá a prueba con parámetros conocidos. A largo plazo, permitirá a investigadores y estudiantes explorar conceptos cuánticos desde un ordenador estándar», explica Ghulinyan. Las innovaciones del proyecto ofrecen amplios beneficios sociales. Las industrias que dependen de las simulaciones, como la farmacéutica o la financiera, podrían recurrir a los simuladores cuánticos para realizar predicciones más precisas en el mundo real. Al permitir dispositivos compactos y energéticamente eficientes, el equipo de EPIQUS tiende un puente entre la ciencia cuántica de vanguardia y las necesidades industriales. Con sus logros, el proyecto EPIQUS establece una referencia para la ciencia cuántica, impulsando nuevas tecnologías y ampliando el acceso a herramientas avanzadas de simulación.
Palabras clave
EPIQUS, simulador cuántico, fotónica, circuitos basados en SiN, compatibilidad CMOS, integración cuántica, detección escalable de fotones, Si SPAD
