PsiQuantum anuncia Omega, un chipset fabricable para computación cuántica fotónica

PsiQuantum anuncia hoy Omega, un chipset fotónico cuántico diseñado específicamente para la computación cuántica a escala comercial. Presentado en un artículo publicado recientemente en Nature, el chipset contiene todos los componentes avanzados necesarios para construir ordenadores cuánticos a escala de un millón de qubits y cumplir la promesa de esta tecnología de cambiar profundamente el mundo. Todos los componentes fotónicos han demostrado un rendimiento superior al de la tecnología punta. El artículo muestra operaciones de qubits de alta fidelidad y una interconexión de qubits sencilla y de largo alcance entre chips, un factor clave para la escalabilidad que ha sido un reto para otras tecnologías. Los chips se fabrican en una planta de semiconductores de gran volumen, lo que representa un nuevo nivel de madurez técnica y escala en un campo que a menudo se considera confinado a los laboratorios de investigación. PsiQuantum iniciará este año la construcción de dos centros de cálculo cuántico del tamaño de un centro de datos en Brisbane (Australia) y Chicago (Illinois).

«Llevo más de 25 años convencido de que, para conseguir un ordenador cuántico útil durante mi vida, debemos encontrar la forma de aprovechar al máximo las capacidades inigualables de la industria de semiconductores. Este artículo confirma esta creencia» -Prof. Jeremy O'Brien, cofundador y CEO de PsiQuantum.

Diseñado por PsiQuantum y fabricado en GlobalFoundries (Nueva York), el nuevo chipset integra estos avances en procesos de gran volumen y eficacia industrial, listos para la integración de sistemas a gran escala. El enfoque de Psi Quantum se basa en el uso de fotones individuales -partículas de luz- que luego se manipulan utilizando tecnología de chip fotónico de silicio desarrollada originalmente para aplicaciones de telecomunicaciones y redes de centros de datos. Para las aplicaciones cuánticas, la empresa tuvo que mejorar el rendimiento mucho más allá del estado de la técnica, e introdujo nuevos materiales en la fábrica, incluido un material superconductor utilizado para la detección monofotónica de alta eficiencia, y titanato de bario (BTO), un material avanzado para la conmutación óptica de alta velocidad y baja pérdida que PsiQuantum desarrolla y produce en San José, California. La empresa también tuvo que superar retos relacionados con el ruido de fondo y el funcionamiento a baja temperatura del chip para demostrar el rendimiento del circuito detallado en el artículo: las últimas mediciones de PsiQuantum incluyen una fidelidad del 99,98% en la preparación y medición del estado de un solo qubit, una visibilidad de interferencia cuántica de dos fotones del 99,5% y una fidelidad del 99,72% en la interconexión cuántica entre chips.

El equipo fundador de PsiQuantum realizó la primera demostración mundial en laboratorio de una puerta lógica de dos qubits utilizando fotones individuales en Brisbane (Australia) hace más de 20 años, inventó la fotónica cuántica integrada y la computación cuántica «basada en la fusión», y puso a disposición un prototipo de procesador cuántico a través de la nube en 2013. Desde entonces, el equipo se ha centrado exclusivamente en los retos de escalado, rendimiento y fabricación asociados a la construcción de sistemas a escala de un millón de qubits, esenciales para aplicaciones de valor comercial.

PsiQuantum también ha introducido una solución de refrigeración totalmente nueva para los ordenadores cuánticos, eliminando el icónico refrigerador de dilución en forma de «araña» en favor de un diseño cúbico más sencillo, potente y fácil de fabricar, más parecido al bastidor de un servidor de un centro de datos. El artículo de Nature ofrece algunos detalles sobre este nuevo enfoque de la refrigeración, que ya está implantado en las instalaciones de PsiQuantum en el Reino Unido y se utilizó para muchos de los resultados de rendimiento descritos.

Gracias a estos avances, PsiQuantum dispone ahora de la tecnología necesaria para fabricar y refrigerar un gran número de chips cuánticos. Aunque la empresa debe seguir mejorando el rendimiento, la integración y la producción de los dispositivos, no existe un «siguiente paso» en términos de madurez de fabricación: GlobalFoundries es una fábrica de «nivel 1». PsiQuantum ha caracterizado millones de dispositivos en miles de obleas y actualmente realiza alrededor de medio millón de mediciones al mes.

El objetivo de PsiQuantum es ahora conectar estos chips entre sí en bastidores, formando sistemas multichip cada vez más grandes, una labor que la empresa está ampliando gracias a su asociación con el Departamento de Energía en el Acelerador Lineal de Stanford, en Palo Alto (California), así como a una nueva planta de fabricación y pruebas en Silicon Valley. Mientras que la interconexión chip a chip sigue siendo un arduo problema de investigación para muchos otros enfoques, los ordenadores cuánticos fotónicos tienen la ventaja intrínseca de que los qubits fotónicos pueden conectarse en red utilizando fibra óptica estándar de telecomunicaciones sin ninguna conversión entre modalidades, y PsiQuantum ya ha demostrado interconexiones cuánticas de alta fidelidad a distancias de hasta 250 m.

En 2024, PsiQuantum anunció dos asociaciones históricas con los gobiernos federal australiano y del estado de Queensland, así como con el estado de Illinois y la ciudad de Chicago, para construir sus primeros ordenadores cuánticos a escala comercial en Brisbane y Chicago. Reconociendo la cuántica como una capacidad soberana, estas asociaciones subrayan la urgencia y la carrera hacia la construcción de sistemas de un millón de qubits. A finales de este año, PsiQuantum pondrá la primera piedra de los Quantum Compute Centers en ambos emplazamientos, donde se desplegarán los primeros sistemas de un millón de qubits a escala comercial.

«La fabricación de semiconductores será inevitablemente una parte importante de cualquier solución para construir ordenadores cuánticos a gran escala. En GlobalFoundries conocemos el inmenso reto que supone diseñar dispositivos avanzados con este nivel de rigor a gran escala, y siempre nos han impresionado la experiencia y los avances de PsiQuantum. Nuestra alianza combina la fabricación fotónica de primera clase de GlobalFoundries con la avanzada capacidad de PsiQuantum en computación cuántica fotónica, y los resultados hasta ahora han sido notables. Esperamos ampliar aún más estos límites a medida que avanzamos hacia sistemas cuánticos a gran escala» - Dr. Thomas Caulfield, Presidente y CEO de GlobalFoundries

«Omega va más allá de un proyecto científico», afirma Pete Shadbolt, cofundador y director científico de PsiQuantum. «Antes de fundar PsiQuantum, mis cofundadores y yo estábamos en un laboratorio universitario jugando con un par de qubits, pero entonces sabíamos que la plataforma que utilizábamos era muy deficiente. Sabíamos que necesitábamos millones de qubits y sabíamos que eso implicaba entrar en una fábrica madura, integrar componentes improbables en una única plataforma y escalar una curva de rendimiento que en aquel momento parecía casi imposible. Ha sido increíble ver cómo el equipo ha ejecutado esos planes de hace una década, y es tremendamente emocionante tener ahora en nuestras manos la tecnología que utilizaremos para construir los primeros sistemas comercialmente útiles» -Pete Shadbolt, cofundador y director científico de PsiQuantum

«Lo que nos distingue es la capacidad de fabricación y conectividad de nuestro hardware», afirma el profesor Mark Thompson, cofundador y tecnólogo jefe de PsiQuantum. «Nuestra tecnología se fabrica en una fábrica de semiconductores de gran volumen que normalmente produce chips para teléfonos móviles y ordenadores portátiles, y ahora produce los qubits fotónicos de mayor rendimiento del mundo. También podemos conectar sin problemas nuestros chips entre sí utilizando fibras ópticas convencionales, lo que nos permite ampliar rápidamente nuestros sistemas para ofrecer ordenadores cuánticos realmente potentes» -Prof. Mark Thompson, cofundador y tecnólogo jefe de PsiQuantum.