Funcionamiento tolerante a fallas de un qubit lógico en un procesador cuántico de diamante

Área de la Ciencia:

• Ciencia de la información cuántica
• Física del estado sólido
• La computación cuántica

Sus antecedentes:

• Los qubits de espín de estado sólido son prometedores para la computación y las redes cuánticas.
• El trabajo previo estableció un control multi-qubit y una corrección de errores no tolerante a fallas.
• Los sistemas cuánticos a gran escala requieren qubits lógicos tolerantes a fallas para superar el ruido operativo.

Objetivo del estudio:

• Para demostrar las operaciones de tolerancia a fallas en un qubit lógico usando qubits de espín en diamante.
• Para implementar un nuevo protocolo de codificación y puertas Clifford tolerantes a fallos.
• Para mostrar las mediciones del estabilizador para la corrección de errores cuánticos.

Principales métodos:

• Utilizó el código de cinco qubits con un protocolo de bandera de siete qubits para la tolerancia a fallas.
• Empleado un nuevo protocolo de codificación basado en mediciones multi-qubit repetidas.
• Realizó manipulación tolerante a fallas a través de puertas Clifford de un solo qubit y mediciones de estabilizadores marcados en tiempo real.

Principales resultados:

• Demostró operaciones tolerantes a fallas en un qubit lógico en una plataforma de estado sólido.
• El nuevo protocolo de codificación superó a los esquemas no tolerantes a fallas.
• Se han realizado con éxito mediciones de estabilizadores marcados con procesamiento en tiempo real.

Conclusiones:

• Este trabajo representa un paso clave hacia el procesamiento de información cuántica tolerante a fallos utilizando espines de estado sólido.
• Los protocolos de tolerancia a fallos demostrados en el nivel de qubit lógico son esenciales para las computadoras cuánticas futuras.
• Se necesitan mejoras adicionales en la fidelidad y el recuento de qubits para las tasas de error lógico por debajo de las tasas de error físico.