Lógica universal con qubits de espín codificados en silicio

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• La computación cuántica se enfrenta a desafíos debido a errores de ruido y control imperfecto, lo que dificulta la tolerancia a fallas.
• Los errores correlacionados, a menudo causados por el control de microondas de los qubits, son un obstáculo significativo para muchas tecnologías de qubits.
• Los métodos existentes requieren una estricta caracterización de errores y gestión de la correlación para la computación cuántica tolerante a fallos.

Objetivo del estudio:

• Demostrar un enfoque alternativo para la computación cuántica utilizando estados de qubits codificados de energía degenerada.
• Para lograr un control cuántico universal evitando las fuentes de error correlacionadas con las microondas.
• Para explorar un camino hacia la tolerancia a fallas escalable en la computación cuántica.

Principales métodos:

• Utilizó estados de qubit codificados de energía degenerada controlados por interacciones de contacto con el vecino más cercano para intercambios parciales de espín.
• Se emplean pulsos de tensión para secuencias calibradas de intercambios parciales, lo que permite un control totalmente eléctrico.
• Fabricado una matriz de seis qubits usando puntos cuánticos 28Si/SiGe en una plataforma escalable.

Principales resultados:

• Logró el control cuántico universal para dos qubits codificados, evitando errores correlacionados relacionados con las microondas.
• La fidelidad operativa cuantificada mediante el análisis comparativo aleatorio intercalado: 96,3% ± 0,7% para el CNOT codificado, 99,3% ± 0,5% para el SWAP codificado.
• Se ha demostrado una alta coherencia cuántica y un bajo control de la interferencia a través de operaciones de intercambio parcial.

Conclusiones:

• El método de control totalmente eléctrico desarrollado utilizando intercambios parciales ofrece una vía robusta para la computación cuántica tolerante a fallas.
• La coherencia cuántica del silicio enriquecido, combinada con el control eléctrico y la codificación insensible a errores, aborda los desafíos clave en la computación cuántica.
• Este enfoque proporciona una base sólida para lograr una tolerancia a fallas escalable y desbloquear la ventaja computacional.