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| Una impresión artística del interior del circuito integrado cuántico que modela la cadena de carbono. Los átomos de carbono simulados aparecen en rojo, mientras que el azul representa los electrones que se intercambian entre ellos. Imagen: SQC |
Unos ingenieros de Sidney han demostrado un circuito integrado cuántico formado por unos pocos átomos. Al controlar con precisión los estados cuánticos de los átomos, el nuevo procesador puede simular la estructura y las propiedades de las moléculas de una forma que podría desbloquear nuevos materiales y catalizadores.
El nuevo circuito cuántico es obra de investigadores de la Universidad de Nueva Gales del Sur (UNSW) y de una empresa emergente llamada Silicon Quantum Computing (SQC). Se compone esencialmente de 10 puntos cuánticos de carbono incrustados en silicio, con seis puertas metálicas que controlan el flujo de electrones a través del circuito.
Parece muy sencillo, pero la clave está en la disposición de estos átomos de carbono a escala subnanométrica. Están colocados con precisión para imitar la estructura atómica de una molécula concreta, lo que permite a los científicos simular y estudiar la estructura y los estados energéticos de esa molécula con más precisión que nunca.
En este caso, dispusieron los átomos de carbono en la forma del compuesto orgánico poliacetileno, que está formado por una cadena repetida de átomos de carbono e hidrógeno con un patrón alterno de enlaces simples y dobles de carbono entre ellos. Para simular esos enlaces, el equipo colocó los átomos de carbono a diferentes distancias.
A continuación, los investigadores hicieron pasar una corriente eléctrica por el circuito para comprobar si coincidía con la firma de una molécula natural de poliacetileno, y efectivamente, así fue. En otras pruebas, el equipo creó dos versiones distintas de la cadena cortando los enlaces en lugares diferentes, y las corrientes resultantes coincidieron perfectamente con las predicciones teóricas.
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| La investigadora principal y antigua australiana del año, la profesora de Scientia Michelle Simmons. Foto: SQC |
La importancia de este nuevo circuito cuántico, según el equipo, es que podría utilizarse para estudiar moléculas más complicadas, lo que podría dar lugar a nuevos materiales, productos farmacéuticos o catalizadores. Esta versión de 10 átomos está justo en el límite de lo que los ordenadores clásicos pueden simular, por lo que los planes del equipo para un circuito cuántico de 20 átomos permitirían simular moléculas más complejas por primera vez.
"La mayoría de las otras arquitecturas de computación cuántica existentes no tienen la capacidad de diseñar átomos con una precisión subnanométrica ni de permitir que los átomos se sitúen tan cerca", explica la profesora Michelle Simmons, investigadora principal del estudio.
"Y eso significa que ahora podemos empezar a entender moléculas cada vez más complicadas basándonos en la colocación de los átomos como si imitaran el sistema físico real".
Fuentes, créditos y referencias:
M. Kiczynski et al, Engineering topological states in atom-based semiconductor quantum dots, Nature (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-04706-0