Modos de borde resistentes al ruido en una cadena de qubits superconductores

Área de la Ciencia:

• Ciencia de la información cuántica
• Física de la materia condensada
• La computación cuántica superconductora

Sus antecedentes:

• Los sistemas cuánticos poseen simetrías inherentes que pueden proteger los estados cuánticos frágiles de la decoherencia ambiental.
• Probar la robustez de estos estados protegidos por simetría contra el ruido es crucial para las tecnologías cuánticas prácticas.
• Los modos de borde de Majorana no locales (MEM) son cuasipartículas exóticas con aplicaciones potenciales en la computación cuántica topológica.

Objetivo del estudio:

• Investigar experimentalmente la robustez de los modos de borde de Majorana no locales (MEM) en un sistema de estado sólido.
• Para explorar la interacción entre la protección de la simetría, el ruido ambiental y la pretermialización en un sistema cuántico.
• Demostrar un método para reconstruir los perfiles espaciales de los MEM mediante el análisis de sus tasas de desintegración.

Principales métodos:

• Implementación del modelo unidimensional de Ising pateado utilizando una plataforma de qubits superconductores de 47.
• Caracterización de la simetría de paridad del sistema y sus modos de borde de Majorana no locales asociados (MEM).
• Medición de las tasas de desintegración tardía de los operadores de Pauli multiqubit que se superponen con los MEM.

Principales resultados:

• Se observó una tasa de desintegración tardía uniforme para los operadores de Pauli multiqubit que interactúan con MEM, comparable a las tasas de relajación de un solo qubit.
• Esta característica de la tasa de desintegración permitió una reconstrucción precisa de los perfiles espaciales exponencialmente localizados de los MEM.
• Los MEM demostraron resistencia a ciertos tipos de ruido de ruptura de simetría, atribuido a un mecanismo de pretermialización.

Conclusiones:

• La protección de la simetría, específicamente la paridad, protege efectivamente los modos de borde de Majorana no locales (MEM) en un sistema de qubits superconductores.
• La resistencia al ruido observada y la reconstructibilidad de los MEM allanan el camino para el procesamiento robusto de información cuántica topológica.
• Este estudio proporciona información crucial sobre la dinámica compleja del ruido y los estados topológicos protegidos por simetría en entornos de estado sólido realistas.