Línea de prueba cuántica basada en semiconductores "SPINS" lanzada con apoyo de la UE

El Fraunhofer IPMS desempeña un papel clave en SPINS para la estructuración de alta resolución de los elementos de qubits y procesadores. © Fraunhofer IPMS

En abril se inició "SPINS" (Línea Piloto de Semiconductores para Sistemas Cuánticos Nanoindustriales), una de las seis líneas piloto cuánticas europeas. El consorcio coordinado por imec reúne a 25 instituciones de investigación europeas, socios industriales y grupos académicos, para fortalecer el liderazgo y la soberanía de Europa en este campo estratégico. El proyecto de línea piloto SPINS, dotado con 50 millones de euros, fue posible gracias a la cofinanciación del Chips Joint Undertaking (Chips JU) de la Unión Europea, así como de las autoridades nacionales y regionales de los Estados miembros participantes.

La computación cuántica se ha convertido en un campo altamente estratégico, cuya relevancia económica y social aumenta considerablemente. Los ámbitos de aplicación van desde avances en la investigación de medicamentos y ciencias de materiales hasta sistemas de comunicación ultra seguros y sistemas de navegación de próxima generación. Sin embargo, sigue existiendo una brecha entre la investigación cuántica actual y los procesadores cuánticos fabricables, que permiten aplicaciones cuánticas significativas. La escalabilidad del número de qubits estables (hasta mil millones) es la clave para construir ordenadores cuánticos fiables y tolerantes a fallos.

Ante la complejidad tecnológica, incluyendo operaciones criogénicas, electrónica de control de ultra precisión y procesos de fabricación altamente especializados, y dada la importancia estratégica de los chips cuánticos, la EU-Chips-Act ha establecido seis líneas piloto cuánticas complementarias, cada una centrada en una plataforma de hardware específica y que, en conjunto, impulsan las tecnologías cuánticas en los ámbitos de computación, comunicación y sensórica. Dentro de este portafolio, SPINS es la línea piloto dedicada a los qubits de espín basados en semiconductores, con un enfoque en proporcionar chips cuánticos para aplicaciones en computación cuántica.

Imec coordina las actividades de esta nueva línea piloto y lidera el consorcio europeo formado por 25 socios, incluyendo instituciones de investigación como Fraunhofer, VTT y CEA-Leti, así como la industria (tanto grandes empresas como Infineon y Siltronic, como pymes y startups) y grupos académicos (como TU Delft y la Universidad de Jyväskylä), que aportan conocimientos y capacidades complementarias, con el objetivo de convertir el marco estratégico de la ley de chips de la UE en acciones concretas.

Las primeras acciones del consorcio SPINS incluyen optimizaciones de procesos y diseño para crear una base sólida para qubits de espín escalables, estables y de alto rendimiento, en tres plataformas tecnológicas diferentes: Si/SiGe, Ge/GeSi y SOI. SPINS busca establecer un camino desde el laboratorio hasta la fabricación mediante Multi-Project Wafers (MPW) y kits de diseño de procesos cuánticos estandarizados (PDKs), reduciendo las barreras de entrada para startups y pymes en la tecnología cuántica de semiconductores y sentando las bases para que las empresas europeas puedan desarrollar conocimientos cuánticos desde etapas tempranas.

El Fraunhofer IPMS dentro de SPINS

El Fraunhofer IPMS desempeña un papel clave en la estructuración de alta resolución de los elementos de qubits y procesadores dentro de SPINS. Todos los pasos litográficos que requieren una resolución más allá de las capacidades de los métodos ópticos se llevan a cabo en el Fraunhofer IPMS. Esto permite al instituto una estructuración precisa y reproducible, esencial para la funcionalidad y escalabilidad de los circuitos cuánticos basados en Si/SiGe.

Además, el Fraunhofer IPMS contribuye decisivamente a la estabilidad y madurez del proceso de toda la línea piloto, proporcionando una infraestructura de salas limpias de alta calidad diseñada para procesos de fabricación de qubits reproducibles y escalables. Los procesos utilizados en el Fraunhofer IPMS están diseñados para soportar tanto plataformas Si/SiGe como Ge/SiGe, asegurando múltiples caminos tecnológicos complementarios del consorcio SPINS. Además, la experiencia del Fraunhofer IPMS crea un puente hacia actividades en el marco del proyecto europeo QLSI2, donde se prueba la migración a litografía de alta resolución y wafers de 300 mm. Esto prepara tempranamente la transferencia de los resultados de la línea piloto SPINS a una futura línea CMOS de 300 mm.

De este modo, el Fraunhofer IPMS combina liderazgo en investigación con madurez industrial de procesos, fortaleciendo significativamente la independencia tecnológica de Europa en el campo de la tecnología cuántica de semiconductores.

Líneas piloto cuánticas para Europa

Las áreas complementarias de los esfuerzos cuánticos europeos incluyen, además de la línea piloto basada en semiconductores, líneas piloto en fotónica para el proyecto cuántico "P4Q" (coordinado por la Universidad de Twente, NL), en la que también participa imec, qubits en trampas de iones "CHAMP-ION" (coordinado por SAL, AT), en superconductores "SUPREME" (coordinado por VTT, FI), chips cuánticos de diamante "DIREQT" (coordinado por CNR, IT) y átomos neutros "Q PLANET" (coordinado por Pasqal, FR).