La computación cuántica de silicio logra una precisión del 99 por ciento por primera vez

Las computadoras cuánticas hechas de las mismas materias primas que los chips de computadora estándar son una promesa obvia, pero hasta ahora han tenido problemas con altas tasas de error. Eso parece estar listo para change después de un nuevo programa de investigacióned Los qubits de silicio ahora son lo suficientemente precisos como para ejecutar un popular código de corrección de errores.

Las computadoras cuánticas que acaparan todos los titulares hoy en día tienden a fabricarse con qubits superconductores, como los de Google y IBM, o iones atrapados, como los de IonQ y Honeywell. Pero a pesar de sus impresionantes hazañas, ocupan habitaciones enteras y algunas de las mentes más brillantes del mundo tienen que fabricarlas minuciosamente a mano.

Es por eso que otros están dispuestos a aprovechar los avances en miniaturización y fabricación que hemos logrado con los chips de ordenador mediante la construcción de procesadores cuánticos de silicio. La investigación ha estado ocurriendo en esta área durante años, y yot 'Como era de esperar, s la ruta que está tomando Intel en la carrera cuántica. Pero a pesar del progreso, los qubits de silicio han estado plagados de altas tasas de error que han limitado su utilidad.

La naturaleza delicada de los estados cuánticos significa que los errores son un problema para todas estas tecnologías, y se requerirán esquemas de corrección de errores para que cualquiera de ellos alcance una escala significativa. Pero estos esquemas solo funcionarán si las tasas de error pueden mantenerse lo suficientemente bajas; esencialmente, debe poder corregir los errores más rápido de lo que aparecen.

La familia más prometedora de esquemas de corrección de errores en la actualidad se conoce como "códigos de superficie" y requieren operaciones en o entre qubits para operar con una fidelidad superior a 99 por ciento. Eso ha eludido durante mucho tiempo a los qubits de silicio, pero en el último número de Naturaleza tres grupos separados informan haber roto este umbral crucial.

Los dos primeros artículos de investigadores de RIKEN en Japón y QuTech, una colaboración entre la Universidad Tecnológica de Delft y la Organización Holandesa para la Investigación Científica Aplicada, utiliza puntos cuánticos para qubits. Estas son pequeñas trampas hechas de semiconductores que albergan un solo electrón. La información se puede codificar en los qubits manipulando el giro de los electrones, una propiedad fundamental de las partículas elementales.

La clave del avance de ambos gruposs se debió principalmente a la cuidadosa ingeniería de los qubits y los sistemas de control. Pero el grupo QuTech también utilizó una herramienta de diagnóstico desarrollado por investigadores de Sandia National Laboratories para depurar y ajustar su sistema, mientras que el equipo de RIKEN descubrió que hastade ping la velocidad de las operaciones impulsó la fidelidad.

Un tercer grupo de la Universidad de Nueva Gales del Sur adoptó un enfoque ligeramente diferente, utilizando átomos de fósforo incrustados en una red de silicio como sus qubits. Estos átomos pueden mantener su estado cuántico durante tiempos extremadamente largos en comparación con la mayoría de los otros qubits, pero la contrapartida es que es difícil lograr que interactúen. La solución del grupo fue entrelazar dos de estos átomos de fósforo con un electrón, lo que les permite comunicarse entre sí.

Los tres grupos pudieron lograr fidelidades superiores a 99 por ciento tanto para operaciones de un solo qubit como de dos qubits, lo que cruza el umbral de corrección de errores. Incluso lograron realizar algunos cálculos básicos de prueba de principio usando sus sistemas. No obstante, todavía están muy lejos de hacer un procesador cuántico tolerante a fallas con silicio.

Lograr operaciones qubit de alta fidelidad es solo una de los requisitos para la corrección eficaz de errores. El otro es tener una gran cantidad de qubits de repuesto que se pueden dedicar a esta tarea, mientras que los restantes se enfocan en cualquier problema que haya configurado el procesador.

Como acompañante análisis en Naturaleza notas, agregar más qubits a estos sistemas seguramente complicará las cosas, y mantener las mismas fidelidades en sistemas más grandes será difícil. encontrar el caminos conectar qubits en grandes sistemas también será un desafío.

Sin embargo, la promesa de poder construir computadoras cuánticas compactas utilizando el mismocalle tecnología como las computadoras existentes sugieren que estos son problemas que vale la pena tratar de resolver.

Crédito de la imagen: UNSW/Tony Melov

Fuente: https://singularityhub.com/2022/01/21/silicon-quantum-computing-achieves-99-percent-accuracy-for-the-first-time/