Un procesador atómico de 11 qubits en silicio

Área de la Ciencia:

• La computación cuántica
• Física atómica
• Sistemas de estado sólido

Sus antecedentes:

• Los espines nucleares de los átomos de fósforo en el silicio ofrecen largos tiempos de coherencia y un control de alta fidelidad para la computación cuántica.
• El acoplamiento de múltiples átomos de fósforo a través de la interacción hiperfina permite el control de múltiples qubits y algoritmos cuánticos a pequeña escala.
• El escalamiento de los procesadores cuánticos requiere extender el entrelazamiento de alta fidelidad no localmente a través de múltiples registros de espín.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar y demostrar un procesador de átomos de 11 qubits capaz de una alta fidelidad y un entrelazamiento no local.
• Investigar el rendimiento de los registros de espín nucleares interconectados para el procesamiento de información cuántica.
• Para avanzar hacia la computación cuántica tolerante a fallos utilizando procesadores atómicos.

Principales métodos:

• Construyó un procesador de 11 qubits con dos registros de espín multi-nucleares vinculados por la interacción de intercambio de electrones.
• Protocolos avanzados de calibración y control para lograr puertas de alta fidelidad de un solo y varios qubits.
• Se realizó el entrelazamiento de pares de espín nuclear locales y no locales, incluida la generación de estados de Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ).

Principales resultados:

• Logró fidelidades de puerta de un solo y varios qubits que oscilan entre el 99,10% y el 99,99%.
• Demostrado estado de la técnica de Bell fidelidades de hasta el 99,5% para varias combinaciones de pares de espín.
• Generó estados GHZ y mostró entrelazamiento de hasta ocho giros nucleares.

Conclusiones:

• Funcionamiento establecido de alta fidelidad a través de registros de espín nuclear interconectados.
• Realizó un hito significativo hacia la computación cuántica escalable y tolerante a fallos con procesadores atómicos.
• La arquitectura del procesador y los métodos de control desarrollados son prometedores para las futuras tecnologías cuánticas.