Estados Unidos pone 1.000 millones en una fundición de chips cuánticos

El Departamento de Comercio de Estados Unidos finalizó un aporte de investigación y desarrollo de hasta 1.000 millones de dólares, financiado por la ley CHIPS and Science, para Anderon, la fundición cuántica que IBM creó a comienzos de este año. El anuncio del 16 de septiembre respalda un servicio de fabricación abierto a IBM y a otros desarrolladores de hardware cuántico, según informó IEEE Spectrum.

IBM iguala el aporte con 1.000 millones de dólares en efectivo, además de propiedad intelectual, activos y personal calificado. Anderon tiene sede en Albany, Nueva York, y parte de una operación que ya existía en Albany NanoTech, donde IBM fabrica obleas cuánticas desde hace más de cinco años, explica su director ejecutivo, Mukesh Khare. Esa infraestructura le dio ventaja de partida. Sus primeras obleas ya avanzan por una línea de producción de 300 milímetros.

"La computación cuántica está pasando de la ciencia a un impacto comercial real ahora mismo", dice Khare. "Eso significa que la industria también necesita una fuente de fabricación más estable para construir chips cuánticos".

Si Anderon funciona, podría hacer por el hardware cuántico lo que TSMC hizo por los chips convencionales. Cada empresa se dedicaría a diseñar sus chips sin tener que levantar una fábrica de miles de millones de dólares para el hardware de base.

¿Qué ofrece una fábrica cuántica automatizada?

IBM empezó en 2021 a trasladar buena parte de su investigación en obleas cuánticas desde el laboratorio de 200 milímetros de su sede de investigación en Yorktown Heights, Nueva York, a la línea de 300 milímetros de Albany. Según la empresa, ese cambio duplicó la velocidad de desarrollo de sus chips y multiplicó por diez su complejidad física. El procesamiento continuo, día y noche, acortó los ciclos de fabricación, y las técnicas de manufactura avanzada permitieron cableados y conexiones entre qubits más elaborados.

Anderon se apoya en la capacidad de manufactura de Albany NanoTech y en la experiencia de IBM, que ha desplegado más de 90 sistemas cuánticos desde 2016. El desafío ahora es abrir esa capacidad a diseñadores externos. Entre sus posibles clientes hay desarrolladores de procesadores sin fábrica propia, integradores de sistemas y laboratorios nacionales.

Incluso las empresas que tienen sus propias plantas manuales podrían preferir encargar la fabricación a una fundición automatizada. Rigetti Computing, que también recibió un aporte de I+D de la ley CHIPS, conversa con Anderon, según su director ejecutivo, Subodh Kulkarni.

Rigetti fabrica hoy sus procesadores en obleas de 150 milímetros en su planta manual de Fremont, California. Kulkarni calcula su rendimiento de fabricación cerca del 50%, una cifra que considera "suficientemente buena" para investigación, cuando las especificaciones cambian a cada rato. Anderon promete en cambio una producción automatizada y más confiable que empresas como Rigetti podrían contratar para avanzar en sus propios chips.

"Nos parece muy atractivo", dijo Kulkarni, "no por la capacidad, sino por las capacidades".

Ellos diseñan, Anderon fabrica

Igual que las fundiciones de silicio convencionales, Anderon planea ofrecer kits de diseño de procesos (PDK), que fijan las reglas que deben seguir los diseñadores para usar sus procesos de fabricación. "Ellos diseñan, nosotros construimos", resume Khare. También habrá personalización, agregó, y la fundición protegerá la propiedad intelectual de sus clientes y operará de forma neutral, incluso con los competidores de IBM.

Para que ese modelo funcione, la fabricación tiene que ser predecible. En los qubits superconductores, una pieza crítica es la unión Josephson, formada por dos superconductores separados por una barrera aislante muy delgada. Las variaciones en el área de la unión y en el grosor de la barrera pueden cambiar la corriente crítica y la frecuencia del qubit. Eso puede generar solapamientos de frecuencia no deseados y bajar el rendimiento de los chips.

La línea automatizada de Anderon podría controlar esa variación con patrones, depósitos y oxidaciones repetibles, más pruebas en línea que detecten las desviaciones del proceso. Pero los clientes tendrán que medir cuánto mejora de verdad el desempeño de los qubits, advierte Kulkarni.

¿Sirve para otras tecnologías cuánticas?

Buena parte del equipamiento de fabricación coincide con el que se usa para chips de silicio, aunque los circuitos superconductores piden materiales y pasos de proceso especiales. Anderon ofrece arreglos de qubits superconductores, componentes de microondas y conexiones a través del silicio. Llevar su manufactura a otras tecnologías cuánticas, como los qubits de iones atrapados o los fotónicos, exigiría un desarrollo de procesos adicional que la empresa todavía no detalla en público.

Los qubits de espín en semiconductores ya se pueden fabricar en líneas de producción de chips convencionales, explica Lieven Vandersypen, de la Universidad Técnica de Delft, en Países Bajos. Los superconductores, en cambio, requieren pasos especiales que pueden necesitar desarrollo nuevo.

Según Vandersypen, una instalación dedicada a lo cuántico permitiría repartir costos y desarrollar procesos optimizados para estos dispositivos. "Entender cómo hacer esta transición es oportuno e importante", dice.

La demanda que necesita Anderon

La capacidad de fabricación no basta para convertir a Anderon en el TSMC de la computación cuántica. También necesita una demanda sostenida más allá de IBM, y los diseñadores tienen alternativas. Vandersypen menciona la inversión de QuantWare en su propia planta a escala de oblea y el caso de imec, en Bélgica, que entrega prototipos de chips cuánticos en lugar de apostar por la fabricación en volumen.

"El tiempo dirá qué modelo se impone. Quizás ambos coexistan", dice Vandersypen.

Comercio respalda varios enfoques para reforzar la competitividad de Estados Unidos en el mercado cuántico. El de Anderon es el aporte más grande hasta ahora, pero el departamento también finalizó hasta 375 millones de dólares para GlobalFoundries y hasta 100 millones para cada una de estas empresas.

Esos aportes financian manufactura para varias arquitecturas cuánticas y atacan cuellos de botella como la electrónica de lectura, los criostatos, los materiales superconductores, los componentes ópticos y el encapsulado fotónico. La fabricación compartida de obleas es una pieza de ese esfuerzo de ingeniería.

Khare dice que puede entregar obleas a clientes externos antes de fin de año. Para un cliente potencial como Rigetti, la prueba será qué tan confiable resulta la fabricación cuando los diseños se vuelvan más exigentes. Kulkarni lo plantea con una pregunta.

"Si ajustamos la especificación, ¿cuál sería el rendimiento?"