Control criogénico basado en CMOS de circuitos cuánticos de silicio

Área de la Ciencia:

• La computación cuántica
• Física del estado sólido
• Ingeniería criogénica

Sus antecedentes:

• La computación cuántica a gran escala requiere millones de bits cuánticos (qubits), lo que plantea desafíos de interconexión significativos.
• Los sistemas actuales se enfrentan a un cuello de botella que conecta los chips cuánticos criogénicos con la electrónica a temperatura ambiente.
• La tecnología de semiconductores de óxido metálico complementario (CMOS) permite fabricar electrónica de control y qubits en silicio.

Objetivo del estudio:

• Para superar el cuello de botella de interconexión en la computación cuántica.
• Para demostrar un chip de control criogénico para bits cuánticos de silicio.
• Permitir el desarrollo de computadoras cuánticas totalmente integradas y escalables basadas en silicio.

Principales métodos:

• Fabricado un chip de control CMOS criogénico que funciona a 3 Kelvin.
• Utilizó el chip para generar ráfagas de microondas para controlar bits cuánticos de silicio a 20 millikelvin.
• Comparó el rendimiento eléctrico y la fidelidad del chip de control.
• Qubits controlados coherentemente usando el chip criogénico y algoritmos cuánticos ejecutados.

Principales resultados:

• El chip de control criogénico demostró un rendimiento eléctrico consistente con una fidelidad de operación de qubit del 99,99%.
• Logró una fidelidad idéntica en el control de los qubits de puntos cuánticos de silicio en comparación con los instrumentos comerciales a temperatura ambiente.
• Programado y ejecutado con éxito protocolos de evaluación comparativa y el algoritmo Deutsch-Josza en un procesador de dos qubits.

Conclusiones:

• El chip de control CMOS criogénico aborda efectivamente el cuello de botella de interconexión en la computación cuántica.
• Esta tecnología permite un control coherente de alta fidelidad de bits cuánticos de silicio a temperaturas criogénicas.
• Los resultados representan un paso significativo hacia la realización de computadoras cuánticas escalables e integradas basadas en silicio.