Memoria cuántica de alto umbral y baja sobrecarga tolerante a fallas

Área de la Ciencia:

• Ciencia de la información cuántica
• La computación cuántica
• Códigos de corrección de errores

Sus antecedentes:

• Los errores físicos en los qubits limitan la escala de las computadoras cuánticas actuales.
• La corrección de error cuántico (QEC) codifica los qubits lógicos utilizando múltiples qubits físicos para suprimir los errores.
• El QEC práctico requiere tasas de error físico por debajo de un umbral específico determinado por el código elegido y los métodos de decodificación.

Objetivo del estudio:

• Para presentar un nuevo protocolo de corrección de error cuántico de extremo a extremo.
• Implementar una memoria cuántica tolerante a fallos utilizando códigos de control de paridad de baja densidad (LDPC).
• Para demostrar una reducción significativa en los gastos generales de qubit en comparación con los métodos existentes.

Principales métodos:

• Utilizó una familia de códigos de control de paridad de baja densidad para la corrección de errores cuánticos.
• Desarrolló un circuito de medición de síndrome con profundidad-8 y requisitos específicos de conectividad de qubit.
• Analizó el rendimiento del protocolo bajo un modelo de ruido basado en circuitos estándar.

Principales resultados:

• Se alcanzó un umbral de error competitivo del 0,7%, comparable al código de superficie.
• Demostró la preservación de 12 qubits lógicos durante casi 1 millón de ciclos utilizando solo 288 qubits físicos con una tasa de error del 0,1%.
• Mostró una reducción sustancial en los requisitos físicos de qubits (casi 10 veces menos) en comparación con el código de superficie para un rendimiento equivalente.

Conclusiones:

• El protocolo QEC basado en LDPC propuesto ofrece una solución de bajo coste para la memoria cuántica tolerante a fallos.
• Este avance hace que las demostraciones de memoria cuántica tolerantes a fallas sean alcanzables en procesadores cuánticos a corto plazo.
• Los hallazgos allanan el camino para la ejecución de algoritmos cuánticos a gran escala mediante la mitigación de la acumulación de errores físicos.