Control tolerante a fallas de un qubit corregido por errores

Área de la Ciencia:

• Ciencia de la información cuántica
• Computación cuántica experimental
• Corrección de errores cuánticos

Sus antecedentes:

• La corrección cuántica de errores codifica la información en sistemas más grandes para protegerla del ruido.
• El control de los qubits codificados aumenta la complejidad, requiriendo circuitos tolerantes a fallos.
• Las demostraciones anteriores de circuitos tolerantes a fallas carecían del ruido del sistema cuántico del mundo real.

Objetivo del estudio:

• Demostrar experimentalmente circuitos tolerantes a fallos en un sistema físico corregido por errores.
• Evaluar la eficacia de los protocolos de tolerancia a las fallas frente a las características de ruido nativo.
• Para establecer la viabilidad de operaciones de qubits lógicos precisos.

Principales métodos:

• Utilizó 13 qubits de iones atrapados para implementar circuitos tolerantes a fallas.
• Desarrolló y probó protocolos para la preparación, medición, rotación y medición del estabilizador de un qubit lógico de Bacon-Shor.
• Comparación de los protocolos tolerantes a fallos con los que no lo son en condiciones de ruido realistas.

Principales resultados:

• Se lograron reducciones significativas en las tasas de error para las primitivas lógicas en comparación con los métodos no tolerantes a fallos.
• Se obtuvo un error medio de preparación y medición del 0,6% y un error de la puerta de Clifford del 0,3% después de la corrección del error.
• Estados mágicos preparados con fidelidades que superan el umbral de destilación, que demuestran elementos de control tolerantes a fallas de un solo qubit.

Conclusiones:

• Los circuitos tolerantes a fallas permiten operaciones lógicas de alta precisión en los sistemas cuánticos actuales.
• La demostración experimental valida la aplicación práctica de los principios de diseño de tolerancia a las fallas.
• Otras mejoras en las puertas de dos qubits y mediciones intermedias podrían conducir a qubits lógicos estabilizados.