Lógica cuántica con qubits de espín que cruzan el umbral de código de superficie

Área de la Ciencia:

• La computación cuántica
• Física de los semiconductores

Sus antecedentes:

• El control de bits cuánticos de alta fidelidad (qubit) es esencial para algoritmos cuánticos confiables y tolerancia a fallas.
• Lograr fidelidades de puerta de dos qubits por encima del 99% es un objetivo importante para los qubits de espín de semiconductores, crucial para los procesadores cuánticos escalables.
• El código de superficie, un código de corrección de error cuántico líder, requiere tasas de error inferiores a aproximadamente el 1% para la tolerancia a fallos.

Objetivo del estudio:

• Para demostrar un procesador cuántico basado en spin en silicio con una fidelidad excepcionalmente alta de puerta de un solo y dos qubits.
• Evaluar el rendimiento de estas puertas de alta fidelidad, incluidos los errores de cruce y ralentí.
• Para ejecutar un algoritmo cuántico complejo, el Eigensolver cuántico variacional, utilizando el conjunto de puertas de alta fidelidad desarrollado.

Principales métodos:

• Fabricación y funcionamiento de un procesador cuántico basado en spin en silicio.
• Utilización de la tomografía de puertas para medir con precisión las fidelidades de puertas de un solo y dos qubits.
• Implementación del algoritmo variational quantum eigensolver para los cálculos de energía del estado fundamental molecular.

Principales resultados:

• Se han logrado fidelidades de puerta de un y dos qubits superiores al 99,5%.
• Mantiene una fidelidad media de puerta de un solo qubit por encima del 99%, incluso teniendo en cuenta los errores de interferencia y ralentí.
• Ejecutó con éxito el algoritmo de solución cuántica variacional, demostrando la aplicación práctica de las puertas de alta fidelidad.

Conclusiones:

• El procesador cuántico de silicio desarrollado supera el umbral crítico de fidelidad de puerta de dos qubits del 99%, un hito clave para la tolerancia a fallas.
• Los qubits de espín de semiconductores están ahora fuertemente posicionados para los avances en la computación cuántica tolerante a fallas.
• Estas puertas de alta fidelidad son prometedoras para aplicaciones en la era actual de dispositivos cuánticos de escala intermedia ruidosos.