Los investigadores han demostrado puertas cuánticas holonómicas bajo un campo magnético cero a temperatura ambiente, que podría permitir la realización de computadoras cuánticas universales rápidas y tolerantes a fallas.

Una computadora cuántica es una máquina teórica con el potencial de resolver problemas complejos mucho más rápido que las computadoras convencionales. Los investigadores están trabajando actualmente en el siguiente paso de la computación cuántica:la construcción de una computadora cuántica universal.

El papel, publicado en la revista Comunicaciones de la naturaleza , informa la demostración experimental de puertas cuánticas holonómicas no adiabáticas y no abelianas sobre un qubit de espín geométrico en un núcleo de electrón o nitrógeno, que allana el camino para la realización de una computadora cuántica universal.

La fase geométrica es actualmente un tema clave en la física cuántica. Se cree que una puerta cuántica holonómica que manipula puramente la fase geométrica en el sistema de estado fundamental degenerado es una forma ideal de construir una computadora cuántica universal tolerante a fallas. La puerta de fase geométrica o puerta cuántica holonómica se ha demostrado experimentalmente en varios sistemas cuánticos, incluidos los centros de vacantes de nitrógeno (NV) en diamante. Sin embargo, experimentos previos requerían microondas u ondas de luz para manipular el subespacio no degenerado, que conduce a la degradación de la fidelidad de la puerta debido a interferencias no deseadas de la fase dinámica.

"Para evitar interferencias no deseadas, Usamos un subespacio degenerado del triplete spin qutrit para formar un qubit lógico ideal, que llamamos un qubit de espín geométrico, en un centro NV. Este método facilitó puertas geométricas rápidas y precisas a una temperatura inferior a 10 K, y la fidelidad de la puerta estaba limitada por la relajación radiante, ", dice el autor correspondiente, el profesor Hideo Kosaka de la Universidad Nacional de Yokohama". Según este método, en combinación con microondas polarizadas, logramos la manipulación de la fase geométrica en un centro NV en el diamante bajo un campo magnético cero a temperatura ambiente ".

El grupo también demostró una puerta holonómica de dos qubits para mostrar la universalidad mediante la manipulación del entrelazamiento de núcleos de electrones. El esquema genera una puerta puramente holonómica sin requerir una brecha de energía, que habría inducido una interferencia de fase dinámica para degradar la fidelidad de la puerta, y así permite rápido, control preciso sobre la memoria cuántica de larga duración, un paso hacia la realización de repetidores cuánticos que interactúan entre computadoras cuánticas universales y redes de comunicación seguras.