NSF otorga 18 millones de dólares a la Universidad de California en San Diego para impulsar la investigación en materiales cuánticos
La Fundación Nacional de Ciencias (NSF, por sus siglas en inglés) anunció recientemente la concesión de una subvención de 18 millones de dólares a la Universidad de California en San Diego (UC San Diego) por un período de seis años (número de subvención: NSF Award #2614051), para establecer un nuevo Centro de Investigación en Ciencia e Ingeniería de Materiales (MRSEC). El centro se centrará en el desarrollo de materiales cuánticos avanzados y forma parte del Programa Nacional de Materiales de NSF, con un total de 108 millones de dólares. Este programa también financia centros MRSEC en seis universidades, entre ellas Princeton, Harvard, Columbia, el MIT y la Universidad de Nebraska-Lincoln, para impulsar conjuntamente la investigación de vanguardia en campos como los metamateriales cuánticos, la materia blanda y la microelectrónica.
De los biomateriales al hardware de tecnología cuántica
Para UC San Diego, esta subvención para el período 2026-2032 es una renovación competitiva de la financiación MRSEC que la universidad recibió por primera vez en 2020. Esta renovación cambia la misión central del centro de los biomateriales y la química de polímeros al hardware fundamental de tecnología cuántica. El centro está codirigido por la Escuela de Ingeniería Jacobs y la División de Ciencias Físicas, y lleva a cabo investigaciones en colaboración con socios regionales como la Universidad de California en Irvine, la Universidad de California en Los Ángeles y la Universidad de California en Santa Bárbara. El centro organiza su trabajo experimental y computacional en torno a dos direcciones principales.
Dirección 1: Metamateriales cuánticos para el procesamiento totalmente óptico
Esta dirección está codirigida por el profesor de Ingeniería Eléctrica e Informática Zhaowei Liu y el profesor de Física Richard Averitt. El equipo de investigación se centra en estructuras de ingeniería a escala nanométrica que superan las reglas de diseño clásicas y utilizan efectos de la mecánica cuántica para lograr nuevas funcionalidades. Mediante técnicas de autoensamblaje químico de abajo hacia arriba, el equipo puede fabricar trampas ópticas y estructuras plasmónicas a nanoescala que convierten pulsos de luz infrarroja ultrarrápida en luz visible, con una eficiencia de conversión más de 1000 veces superior a la de las estructuras metálicas tradicionales. Estas estructuras ultracompactas y de conmutación rápida están diseñadas para aplicarse en el procesamiento de señales cuánticas totalmente ópticas, la nanofotónica y la infraestructura informática de IA de baja latencia.
Dirección 2: Materiales de superredes bidimensionales químicamente personalizados
Esta dirección está codirigida por el profesor de Química Joshua Figueroa y la profesora de Física Monica Allen. El equipo de investigación se centra en controlar los estados cuánticos electrónicos en materiales bidimensionales de espesor atómico. Mediante la síntesis de bloques de construcción organometálicos para construir superredes multicapa estructuradas, el equipo puede confinar el movimiento de los electrones en trayectorias cuánticas ordenadas específicas. Utilizando técnicas de imágenes de microondas a baja temperatura, el equipo estudia las fases electrónicas en aisladores topológicos, superconductores bidimensionales y semiconductores laminares, con el fin de desarrollar electrónica cuántica de baja potencia y interconexiones confiables de qubits.
Infraestructura de modelado de alto rendimiento y formación de talento
Para superar los cuellos de botella de síntesis en el vasto espacio de búsqueda química, el centro integra capacidades de modelado predictivo impulsado por datos, implementadas a través de la instalación computacional de diseño de materiales mesoscópicos dirigida por el profesor de nanoingeniería Tod Pascal. En colaboración con el Centro de Supercomputación de San Diego (SDSC), esta instalación utiliza algoritmos de aprendizaje automático basados en simulaciones cuánticas de primeros principios para filtrar arquitecturas candidatas de superredes y metamateriales, acelerando el ciclo de síntesis experimental.
Además, el centro gestiona la Instalación de Caracterización de Materiales (MCF) para pruebas comerciales y opera el programa "Experiencia Inmersiva de Investigación en Ciencia e Ingeniería de Materiales" (RIMSE), una iniciativa de desarrollo de la fuerza laboral financiada por la NSF, destinada a proporcionar formación a estudiantes transferidos, investigadores de posgrado y socios industriales en instrumentación avanzada de laboratorio cuántico y métodos computacionales.
Esta subvención impulsará enérgicamente el desarrollo del campo de los materiales cuánticos, sentando las bases para la futura computación cuántica y las tecnologías electrónicas. Para detalles técnicos de cada dirección y el anuncio original, se puede consultar la información publicada oficialmente por NSF y UC San Diego.