El Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE) y el Instituto Central de Sistemas Electrónicos ZEA-2 del Centro de Investigaciones Jülich -el segundo más grande en Alemania- principian una colaboración en el proyecto de desarrollo de circuitos electrónicos en tecnología CMOS que operan a temperaturas criogénicas de algunos mili Kelvins para su aplicación en los novedosos sistemas de la Computación Cuántica, así como de sistemas de adquisición de datos para sistemas de detectores para aplicaciones científicas.

El Dr. Daniel Durini Romero, investigador titular B de la Coordinación de Electrónica del INAOE, partícipe del proyecto, comenta que esta colaboración supone el diseño, caracterización y desarrollo de los primeros circuitos basados en tecnología CMOS para manipulación y lectura de los llamados qubits, utilizados como unidad mínima de almacenamiento de información en la computación cuántica.

La participación inicial del INAOE será a través de su Laboratorio de Criogénia -desarrollado para el Gran Telescopio Milimétrico (GTM)- y que cuenta con la tecnología necesaria para enfriar circuitos a temperaturas criogénicas de hasta 250 mili Kelvin (mK).  Según explica el Dr. Durini, los qubits deben estar a temperaturas muy bajas para poder ser creados y manipulados.

Como etapa inicial del proyecto los científicos alemanes, el Prof. Dr. Stefan van Waasen, Director del Instituto Central de Sistemas Electrónicos del Centro de Investigaciones Jülich y el Dr. Carsten Degenhardt, jefe de desarrollo de Sistemas Nano- y Microelectrónicos y de Sistemas de Detectores, visitaron las instalaciones del INAOE en Santa María Tonantzintla y el Laboratorio de Criogénia del GTM, donde tuvieron oportunidad de conocer la infraestructura tecnológica con la que cuenta este centro de investigación mexicano. Además, aprovecharon este primer contacto para impartir conferencias a la comunidad científica en Puebla y compartir una síntesis de su labor en materia electrónica.

Los siguientes pasos a dar en la investigación, según apunta el Dr. Durini, son la caracterización a temperaturas criogénicas de los primeros prototipos de chips y el desarrollo de herramientas de software para el desarrollo de circuitos integrados que en un futuro podrán ser usados para manipular y leer la información almacenada en los qubits; subraya que la infraestructura necesaria para el procedimiento de enfriamiento a la temperatura que se pretende, es difícil de encontrar en Alemania.

Durini Romero declara que el computo cuántico representa el nuevo enfoque de lo que será la nueva generación de estructuras de computación y que, a pesar de tratarse de una línea de investigación de temprana edad, grandes empresas como Google o IBM apuestan grandes inversiones para su exploración y desarrollo.

“Las computadoras actuales estructuradas con los principios de la computación clásica, con valores 0 y 1, están llegando a su límite, incluso si hablamos de las más avanzadas en tecnología; por el contrario, el principio en el que está basada la computación cuántica expande las posibilidades de capacidad de procesamiento y almacenamiento de datos. Por ejemplo, con una computadora normal, las operaciones se realizan de manera secuencial, una tras otra, pero con la cuántica se podrán realizar múltiples operaciones de manera simultánea” afirma el Dr. Durini Romero.

Señala también que a la par del desarrollo de esta tecnología de base para la computación cuática, es necesario crear circuitos para la manipulación y lectura de información de sus unidades, los quantum bits o qubits.

En este proyecto participan cerca de 30 investigadores de los centros de investigación de la RWTH Aachen (Universidad Tecnológica de Renania del Norte Westfalia), la Universidad de Delft en Países Bajos y el INAOE en México. Este acercamiento entre instituciones internacionales enriquece las experiencias de todos los participantes y ayuda a crear conocimiento, puntualiza Daniel Durini.

Cabe mencionar que el primer contacto entre el Instituto Nacional de Astrofísica Óptica y Electrónica y el Centro de Investigaciones Jülich ocurre luego de que en enero de 2018 el Dr. Durini Romero se incorporara al INAOE tras haber sido Jefe de Desarrollo de Sistemas de Detectores del Instituto Central de Sistemas Electrónicos en la institución alemana.