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Estructuras de unión Josephson —dispositivos cuánticos compuestos por dos superconductores y una fina barrera no superconductora— que utilizan diferentes formas de germanio (Ge): super-Ge (en dorado), Ge semiconductor (en azul) y super-Ge a escala de oblea. Con esta nueva pila de materiales a escala de oblea se pueden crear millones de píxeles de unión Josephson (10 micrómetros cuadrados). El recuadro muestra la forma cristalina del super-Ge en la misma matriz de Ge semiconductor, clave para la unión Josephson cristalina. Crédito: Patrick Strohbeen/NYU |
Un grupo de científicos ha logrado un avance que podría redefinir el futuro de la computación cuántica: crear un superconductor a partir de germanio, un material ampliamente usado en la fabricación de chips electrónicos. Lo sorprendente es que, aunque el germanio ya forma parte del corazón de la tecnología moderna, nunca antes se había logrado convertirlo en un superconductor funcional y estable.
Los superconductores son materiales capaces de conducir electricidad sin resistencia, eliminando por completo las pérdidas de energía. Además, mantienen la coherencia cuántica, una propiedad esencial para los ordenadores cuánticos, que dependen de estados cuánticos extremadamente frágiles para realizar cálculos imposibles para los sistemas tradicionales. Hasta ahora, sin embargo, los superconductores más conocidos provenían de compuestos exóticos o difíciles de integrar en chips convencionales.
El equipo liderado por Peter Jacobson en la Universidad de Queensland (Australia) ha conseguido algo sin precedentes: fabricar un superconductor a partir de germanio infundido con galio, mediante un proceso llamado “dopado”. En investigaciones previas, esta combinación solía volverse inestable, pero los científicos encontraron una forma ingeniosa de resolverlo: utilizar rayos X para introducir más galio dentro del germanio y así generar un patrón estable y uniforme en toda su estructura.
El resultado fue un material que, al igual que otros superconductores, solo funciona a temperaturas extremadamente bajas —alrededor de 3,5 kelvin (-270 °C)—, muy lejos de la temperatura ambiente. Aun así, su potencial es enorme. Según David Cardwell, de la Universidad de Cambridge, aunque este tipo de materiales no serviría para dispositivos de consumo cotidiano, encaja perfectamente en el entorno de la computación cuántica, donde ya se utilizan sistemas que operan a temperaturas ultrabajas. “Podría ser transformador para la tecnología cuántica”, afirmó. “Este material ofrece un nivel completamente nuevo de funcionalidad, especialmente en un entorno que de por sí ya es muy frío.”
Jacobson explicó que los intentos anteriores de superponer capas superconductoras sobre semiconductores solían fallar por los defectos que aparecían en la estructura cristalina, lo que generaba interferencias y pérdida de señal. “El desorden es un efecto parasitario en la tecnología cuántica”, señaló. “Absorbe tus señales y degrada el rendimiento del sistema.”
La clave de este nuevo superconductor radica en su uniformidad estructural. Las capas de germanio dopado con galio pueden alinearse perfectamente con capas de silicio, manteniendo una estructura cristalina coherente. Esto abre la puerta a una nueva generación de chips híbridos, capaces de combinar las ventajas de los semiconductores tradicionales con las propiedades únicas de los superconductores.
En otras palabras, este avance no solo acerca la posibilidad de construir ordenadores cuánticos más estables y eficientes, sino que también plantea una integración mucho más natural entre la tecnología actual y la del futuro. Si el germanio logra convertirse en la base de una arquitectura cuántica fiable, podríamos estar ante uno de los hitos más importantes en la historia de la computación moderna.
Fuentes, créditos y referencias: