Los investigadores demuestran la corrección de errores en un sistema qubit de silicio

QEC de tres qubits y dispositivo de tres qubits basado en silicio. una. Esquema del código de corrección de errores cuánticos de cambio de fase de tres qubits. Las puertas CNOT de dos qubits enredan los tres qubits, luego las puertas Hadamard (H) rotan la base de qubits para errores de cambio de fase. La decodificación es la inversa de la codificación. Finalmente, la corrección se realiza mediante una puerta Toffoli de tres qubits. b. Imagen de microscopio electrónico de barrido del dispositivo. Barra de escala, 100 nm. Las compuertas de protección (marrón) se utilizan para restringir el campo eléctrico de las compuertas de émbolo (verde) y de barrera (púrpura). Los tres círculos (rojo, verde y azul) indican la posición de la matriz de puntos cuánticos triples. Otro punto cuántico que se muestra como un círculo gris se utiliza como sensor de carga. Las puertas P1, P2, P3, B2 y B3 están conectadas a un generador de forma de onda arbitraria para aplicar pulsos de voltaje rápidos. El pulso de control de microondas para resonancia de espín de dipolo eléctrico se aplica a la puerta de detección inferior. c, Sección transversal esquemática del dispositivo. La línea en el pozo cuántico de silicio muestra el potencial de confinamiento de punto triple esquemático. J12 (J23) representa el acoplamiento de intercambio del vecino más cercano entre Q1 y Q2 (Q2 y Q3). Crédito:Naturaleza (2022). DOI:10.1038/s41586-022-04986-6

Investigadores de RIKEN en Japón han logrado un gran paso hacia la computación cuántica a gran escala al demostrar la corrección de errores en un sistema de computación cuántica basado en silicio de tres qubits. Este trabajo, publicado en Nature , podría allanar el camino hacia el logro de computadoras cuánticas prácticas.

Las computadoras cuánticas son un área candente de investigación en la actualidad, ya que prometen hacer posible resolver ciertos problemas importantes que son intratables con las computadoras convencionales. Usan una arquitectura completamente diferente, usando estados de superposición que se encuentran en la física cuántica en lugar de los simples bits binarios 1 o 0 que se usan en las computadoras convencionales. Sin embargo, debido a que están diseñados de una manera completamente diferente, son muy sensibles al ruido ambiental y otros problemas, como la decoherencia, y requieren corrección de errores para permitirles realizar cálculos precisos.

Un desafío importante hoy en día es elegir qué sistemas pueden actuar mejor como "qubits", las unidades básicas utilizadas para realizar cálculos cuánticos. Los diferentes sistemas candidatos tienen sus propias fortalezas y debilidades. Algunos de los sistemas populares en la actualidad incluyen circuitos e iones superconductores, que tienen la ventaja de que se ha demostrado alguna forma de corrección de errores, lo que les permite ponerse en uso real, aunque a pequeña escala. Se sabe que la tecnología cuántica basada en silicio, que recién comenzó a desarrollarse durante la última década, tiene la ventaja de que utiliza una nanoestructura semiconductora similar a la que se usa comúnmente para integrar miles de millones de transistores en un chip pequeño y, por lo tanto, podría aprovechar la tecnología de producción actual.

Sin embargo, un problema importante con la tecnología basada en silicio es que falta tecnología para errores de conexión. Los investigadores han demostrado previamente el control de dos qubits, pero eso no es suficiente para la corrección de errores, lo que requiere un sistema de tres qubits.

En la investigación actual, realizada por investigadores del Centro RIKEN para la Ciencia de la Materia Emergente y el Centro RIKEN de Computación Cuántica, el grupo logró esta hazaña, demostrando el control total de un sistema de tres qubits (uno de los sistemas de qubits más grandes en silicio), proporcionando así un prototipo por primera vez de corrección de errores cuánticos en silicio. Lo lograron implementando una puerta cuántica tipo Toffoli de tres qubits.

Según Kenta Takeda, primer autor del artículo, “la idea de implementar un código de corrección de errores cuánticos en puntos cuánticos se propuso hace aproximadamente una década, por lo que no es un concepto completamente nuevo, sino una serie de mejoras en los materiales, la fabricación de dispositivos y las técnicas de medición nos permitieron tener éxito en este esfuerzo. Estamos muy contentos de haberlo logrado".

Según Seigo Tarucha, líder del grupo de investigación, su "próximo paso será escalar el sistema. Creemos que escalar es el siguiente paso. Para eso, sería bueno trabajar con grupos de la industria de semiconductores capaces de fabricar silicio". dispositivos cuánticos a gran escala". + Explora más