Imec demostró un circuito superconductor de tres niveles de metal basado en nitruro de niobio y titanio (NbTiN), que alcanza una densidad de diseño de 3,8 millones de uniones Josephson por centímetro cuadrado. El centro de investigación y desarrollo belga también escaló las interconexiones superconductoras de NbTiN hasta un ancho de línea de 30 nanómetros, lo que describe como una primicia mundial.
Los avances apuntan a volver la electrónica superconductora más escalable para computación de alto rendimiento, aceleradores de inteligencia artificial y otros sistemas de cómputo intensivo.
¿Por qué interesa una tecnología superconductora?
Porque los circuitos superconductores podrían ofrecer una salida a las limitaciones de potencia e interconexión que enfrentan cada vez más los sistemas CMOS avanzados. Imec además está desarrollando la tecnología con procesos compatibles con CMOS de 300 milímetros, lo que hace especialmente relevante su eventual integración con la infraestructura de fabricación de semiconductores que ya existe.
La tecnología usa uniones Josephson para lógica rápida y de baja energía, mientras que las interconexiones superconductoras entregan una resistencia eléctrica prácticamente nula. Según Imec, el enfoque tiene el potencial de entregar, frente a las aproximaciones CMOS actuales:
- 100 veces mejor eficiencia energética.
- 1.000 veces más densidad de cómputo.
- 1.000 veces más ancho de banda de difusión.
El problema es que los procesos superconductores convencionales, basados en niobio, han tenido dificultades para escalar a las dimensiones que exigen los sistemas de cómputo densos. La plataforma de NbTiN busca abordar esa limitación combinando desarrollo de procesos, dispositivos, circuitos integrados y optimización a nivel de sistema.
La densidad llega a 3,8 millones de uniones por centímetro cuadrado
En la Applied Superconductivity Conference (ASC) de 2026, Imec está presentando circuitos de uniones Josephson NbTiN/αSi/NbTiN con hasta tres niveles de metal. Los diámetros de unión bajaron a 150 nanómetros, lo que sostiene esas densidades de diseño de 3,8 millones de uniones por centímetro cuadrado.
El equipo de investigación también demostró tres capas de enrutamiento de NbTiN de alta densidad y baja pérdida, para estructuras que incluyen inductores, líneas de transmisión pasivas, planos de tierra y resonadores de reloj o de potencia.
Los cables superconductores se escalaron a 30 nanómetros, cerca de diez veces menos que lo que Imec considera posible con la tecnología convencional de niobio. Las características de corriente crítica, tanto de las uniones como de las interconexiones, también se pueden ajustar según la aplicación.
Vale la pena poner esa cifra en contexto: 30 nanómetros es un ancho de línea comparable a nodos lógicos de silicio de hace poco más de una década, pero aplicado a un material donde antes el piso práctico estaba un orden de magnitud más arriba.
¿Qué viene después de la computación?
Imec organiza su programa digital superconductor en torno a tecnología de proceso, herramientas de diseño y automatización electrónica, e integración heterogénea 2,5D y 3D.
"Con nuestro programa digital superconductor, apuntamos a fundiciones, hiperescaladores y empresas de sistemas para llevar nuestra tecnología superconductora de NbTiN al siguiente nivel", señaló Richard Rouse, director del programa en Imec.
"Estructuramos el programa en torno a tres pilares: tecnología de proceso, habilitación de diseño y herramientas de automatización, y escalamiento a nivel de sistema centrado en la integración 2,5D y 3D, que aborda la co-integración de dispositivos superconductores con otras tecnologías. Este enfoque heterogéneo abre oportunidades más allá de la computación de alto rendimiento y la inteligencia artificial, incluyendo control y lectura de sistemas cuánticos, computación neuromórfica y detección de fotón único de alta resolución, que sirve por ejemplo a aplicaciones espaciales y biomédicas."
Ese último punto, la detección de fotón único, es el que más rápido podría bajar a instrumentación concreta: los detectores superconductores de nanocables son hoy la referencia en sensibilidad para óptica cuántica y para instrumentos de observación astronómica, un terreno donde los observatorios instalados en el norte de Chile son usuarios habituales de este tipo de sensores.
