Los investigadores han desarrollado un nuevo superconductor basado en germanio, un material que ya está omnipresente en la industria informática, lo que podría desbloquear avances significativos en la tecnología informática cuántica. El avance aborda un obstáculo crucial en la computación cuántica: la necesidad de materiales que exhiban superconductividad y puedan integrarse perfectamente en los procesos de fabricación de chips existentes.
¿Qué es la superconductividad y por qué es importante?
Los superconductores son materiales capaces de conducir electricidad con resistencia cero. Esta propiedad es excepcionalmente valiosa en cualquier dispositivo eléctrico, ya que elimina la pérdida de energía debido al calor. Fundamentalmente para la computación cuántica, los superconductores también mantienen la coherencia cuántica, un fenómeno esencial para la manipulación y el almacenamiento de información cuántica.
El desafío de integrar superconductores en la informática
Los superconductores anteriores, aunque eficaces, a menudo se fabricaban con materiales inusuales y difíciles de trabajar. Esto planteó una barrera importante para incorporarlos en dispositivos informáticos prácticos, en particular en computadoras cuánticas que requieren circuitos complejos.
Un enfoque novedoso: germanio dopado con galio
Peter Jacobson de la Universidad de Queensland, Australia, y su equipo han creado un superconductor a base de germanio introduciendo galio en el material mediante un proceso llamado dopaje. A diferencia de intentos anteriores de combinaciones similares, que resultaron inestables, el equipo de Jacobson empleó irradiación de rayos X para forzar una distribución más uniforme del galio dentro de la película de germanio. Esto dio como resultado estructuras estables y estampadas.
Requisitos de superenfriamiento y panorama de la computación cuántica
Es importante señalar que este nuevo superconductor, al igual que los existentes, no funciona a temperatura ambiente. Requiere temperaturas extremadamente bajas, concretamente 3,5 kelvin (-270 °C/-453 °F), para funcionar. Si bien esto elimina su uso en dispositivos de consumo típicos, David Cardwell de la Universidad de Cambridge sugiere que es una opción perfecta para la computación cuántica, que ya requiere superenfriamiento.
“Podría ser transformador para la cuántica”, dice Cardwell. “Esto ofrece un nivel completamente nuevo de funcionalidad, porque de todos modos tienes un ambiente muy frío. Creo que ese sería el punto de partida obvio”.
Superar el problema de los defectos de la estructura cristalina
Los intentos anteriores de combinar superconductores con semiconductores (componentes clave de los dispositivos informáticos) dieron como resultado defectos en la estructura cristalina, un obstáculo importante para las aplicaciones prácticas. Estos defectos conducen a la absorción de señales e interfieren con las operaciones cuánticas precisas.
“El desorden es en realidad un efecto parásito en la tecnología cuántica”, explica Jacobson. “Provoca la absorción de sus señales”.
Una estructura cristalina uniforme para una funcionalidad mejorada
El superconductor de germanio dopado con galio desarrollado recientemente supera este problema al permitir que las capas del material y las capas de silicio (otro semiconductor común) se asienten directamente una encima de la otra sin alterar la estructura cristalina. Esto allana el camino para la fabricación de chips integrados que aprovechen las ventajas únicas de los semiconductores y los superconductores. Estos chips combinados tienen el potencial de mejorar drásticamente la eficiencia y confiabilidad de las computadoras cuánticas.
En conclusión, la creación de un superconductor de germanio estable y de fácil fabricación representa un importante paso adelante para la computación cuántica. Al abordar cuestiones relacionadas con la integración de materiales y los defectos de la estructura cristalina, esta innovación abre posibilidades para tecnologías cuánticas más potentes y fiables.
