Por primera vez, los investigadores han medido la fidelidad, es decir, la precisión de las operaciones lógicas de dos qubit en silicio, con resultados muy prometedores que permitirán escalar a un procesador cuántico a gran escala.

La investigación, llevada a cabo por el equipo del profesor Andrew Dzurak en UNSW Engineering, fue publicado hoy en la revista de renombre mundial Naturaleza .

Los experimentos fueron realizados por Wister Huang, un doctorado de último año. estudiante de Ingeniería Eléctrica, y el Dr. Henry Yang, un investigador senior en UNSW.

"Todos los cálculos cuánticos se pueden componer de operaciones de un qubit y operaciones de dos qubit; son los bloques de construcción centrales de la computación cuántica, "dice el profesor Dzurak.

"Una vez que los tengas, puede realizar cualquier cálculo que desee, pero la precisión de ambas operaciones debe ser muy alta ".

En 2015, el equipo de Dzurak fue el primero en construir una puerta lógica cuántica en silicio, haciendo posibles los cálculos entre dos qubits de información y, por lo tanto, despejando un obstáculo crucial para hacer realidad las computadoras cuánticas de silicio.

Desde entonces, varios grupos de todo el mundo han demostrado puertas de dos qubit en silicio, pero hasta este artículo histórico de hoy, se desconocía la verdadera precisión de una puerta de dos qubits.

La precisión es crucial para el éxito cuántico

"La fidelidad es un parámetro crítico que determina cuán viable es una tecnología de qubit; solo se puede aprovechar el tremendo poder de la computación cuántica si las operaciones de qubit son casi perfectas, con solo pequeños errores permitidos, "Dice el Dr. Yang.

En este estudio, el equipo implementó y realizó evaluaciones comparativas de fidelidad basadas en Clifford, una técnica que puede evaluar la precisión de los qubit en todas las plataformas tecnológicas, lo que demuestra una fidelidad de puerta de dos qubit promedio del 98%.

"Logramos una fidelidad tan alta al caracterizar y mitigar las fuentes de error primarias, mejorando así la fidelidad de las puertas hasta el punto en que se podrían realizar secuencias de evaluación comparativa aleatorias de una longitud significativa (más de 50 operaciones de puertas) en nuestro dispositivo de dos qubit, "dice el Sr. Huang, el autor principal del artículo.

Las computadoras cuánticas tendrán una amplia gama de aplicaciones importantes en el futuro gracias a su capacidad para realizar cálculos mucho más complejos a velocidades mucho mayores. incluida la resolución de problemas que simplemente están más allá de la capacidad de las computadoras de hoy.

"Pero para la mayoría de esas aplicaciones importantes, se necesitarán millones de qubits, y tendrás que corregir errores cuánticos, incluso cuando son pequeños, "Dice el profesor Dzurak.

"Para que sea posible la corrección de errores, los propios qubits tienen que ser muy precisos en primer lugar, por lo que es crucial evaluar su fidelidad ".

"Cuanto más precisos sean tus qubits, menos necesita y, por lo tanto, cuanto antes podamos aumentar la ingeniería y la fabricación para realizar una computadora cuántica a gran escala ".

Silicon confirmado como el camino a seguir

Los investigadores dicen que el estudio es una prueba más de que el silicio como plataforma tecnológica es ideal para escalar a la gran cantidad de qubits necesarios para la computación cuántica universal. Dado que el silicio ha estado en el corazón de la industria informática mundial durante casi 60 años, sus propiedades ya se conocen bien y las instalaciones de producción de chips de silicio existentes pueden adaptarse fácilmente a la tecnología.

"Si nuestro valor de fidelidad hubiera sido demasiado bajo, habría significado serios problemas para el futuro de la computación cuántica de silicio. El hecho de que esté cerca del 99% lo pone en el estadio de béisbol que necesitamos, y hay excelentes perspectivas de seguir mejorando. Nuestros resultados muestran inmediatamente, como predijimos, que el silicio es una plataforma viable para la computación cuántica a gran escala, "Dice el profesor Dzurak.

"Creemos que lograremos una fidelidad significativamente mayor en el futuro cercano, abriendo el camino a gran escala, Computación cuántica tolerante a fallas. Ahora estamos al borde de una precisión de dos qubit que es lo suficientemente alta para la corrección de errores cuánticos ".

En otro artículo, publicado recientemente en Electrónica de la naturaleza y aparece en su portada, en la que el Dr. Yang es el autor principal, el mismo equipo también logró el récord de la puerta de 1 qubit más precisa del mundo en un punto cuántico de silicio, con una notable fidelidad del 99,96%.

"Además de las ventajas naturales de los qubits de silicio, Una razón clave por la que hemos podido lograr resultados tan impresionantes es por el fantástico equipo que tenemos aquí en UNSW. Mi alumno Wister y el Dr. Yang son increíblemente talentosos. Ellos personalmente concibieron los complejos protocolos necesarios para este experimento de evaluación comparativa, "dice el profesor Dzurak.

Otros autores sobre el día de hoy Naturaleza papel son los investigadores de la UNSW Tuomo Tanttu, Ross Leon, Fay Hudson, Andrea Morello y Arne Laucht, así como los ex miembros del equipo de Dzurak, Kok Wai Chan, Bas Hensen, Michael Fogarty y Jason Hwang, mientras que el profesor Kohei Itoh de la Universidad Keio de Japón proporcionó obleas de silicio enriquecidas isotópicamente para el proyecto.

Decano de Ingeniería de la UNSW, Profesor Mark Hoffman, dice que el avance es otra prueba más de que este equipo líder en el mundo está en el proceso de llevar la computación cuántica a través del umbral de lo teórico a lo real.

"La computación cuántica es la carrera espacial de este siglo, y Sydney lidera la carga, "Dice el profesor Hoffman.

"Este hito es otro paso hacia la realización de una computadora cuántica a gran escala, y refuerza el hecho de que el silicio es un enfoque extremadamente atractivo que creemos que llevará a la UNSW allí primero".

Spin qubits basados ​​en tecnología CMOS de silicio, el método específico desarrollado por el grupo del profesor Dzurak, es muy prometedor para la computación cuántica debido a sus largos tiempos de coherencia y al potencial de aprovechar la tecnología de circuitos integrados existente para fabricar la gran cantidad de qubits necesarios para aplicaciones prácticas.

El profesor Dzurak lidera un proyecto para avanzar en la tecnología qubit CMOS de silicio con Silicon Quantum Computing, Primera empresa de computación cuántica de Australia.

"Nuestro último resultado nos acerca a la comercialización de esta tecnología; mi grupo se trata de construir un chip cuántico que se pueda usar para aplicaciones del mundo real, "Dice el profesor Dzurak.

Un procesador cuántico a gran escala tendría aplicaciones importantes en las finanzas, Sectores de seguridad y salud:ayudaría a identificar y desarrollar nuevos medicamentos acelerando en gran medida el diseño asistido por computadora de compuestos farmacéuticos. podría contribuir al desarrollo de nuevos materiales más ligeros y resistentes que abarcan desde la electrónica de consumo hasta los aviones, y búsqueda de información más rápida a través de grandes bases de datos.