Extender la vida útil de un bit cuántico con corrección de errores en circuitos superconductores

Área de la Ciencia:

• La computación cuántica
• Corrección de errores cuánticos
• Circuitos superconductores

Sus antecedentes:

• La corrección de error cuántico (QEC) es crucial para construir computadoras cuánticas tolerantes a fallas.
• Las demostraciones anteriores de QEC se centraron en las propiedades del código en lugar de la vida útil del qubit.
• El punto de equilibrio, donde un qubit lógico sobrevive a sus componentes físicos, sigue siendo elusivo.

Objetivo del estudio:

• Para demostrar un sistema de corrección de error cuántico que alcanza el punto de equilibrio.
• Para suprimir errores de pérdida de energía en un qubit codificado lógicamente.
• Hacer avanzar el QEC experimental desde la validación del concepto hasta las métricas de rendimiento.

Principales métodos:

• Un qubit fue lógicamente codificado en superposiciones de estados Schrödinger-cat de un resonador superconductor.
• Se implementó un protocolo completo de QEC utilizando retroalimentación en tiempo real para la codificación, el monitoreo de errores, la decodificación y la corrección.
• Se utilizó la tomografía de proceso completo para medir la vida útil del qubit lógico.

Principales resultados:

• El qubit lógico corregido logró una vida útil de 320 microsegundos, superando la vida útil de los componentes individuales.
• Esto representa una mejora de 20x sobre el transmon, 2.2x sobre la codificación lógica no corregida, y 1.1x sobre el mejor qubit físico.
• El sistema demostró la efectividad de las codificaciones de qubits eficientes en hardware.

Conclusiones:

• El estudio alcanzó con éxito el punto de equilibrio de corrección de error cuántico.
• Este trabajo destaca el potencial de las codificaciones eficientes en hardware para la computación cuántica práctica.
• Los resultados allanan el camino para explorar el diseño de sistemas tolerantes a fallos y la optimización del rendimiento.