En un trabajo publicado en Physical Review Letters Investigadores del Instituto de Investigación Científica e Industrial (SANKEN) de la Universidad de Osaka utilizaron el método "atajos a la adiabaticidad (STA)" para acelerar enormemente la evolución adiabática de los qubits de espín. La fidelidad del giro e inversión después de la optimización del pulso puede llegar al 97,8% en los puntos cuánticos de GaAs. Este trabajo puede ser aplicable a otros pasajes adiabáticos y puede resultar útil para un control cuántico rápido y de alta fidelidad.
Una computadora cuántica utiliza la superposición de los estados "0" y "1" para realizar el procesamiento de información, que es completamente diferente de la computación clásica, permitiendo así la solución de ciertos problemas a un ritmo mucho más rápido. Se requiere una operación de estado cuántico de alta fidelidad en espacios de qubits programables lo suficientemente grandes para lograr la "ventaja cuántica".
El método convencional para cambiar los estados cuánticos utiliza el control de pulsos, que es sensible a ruidos y errores de control. Por el contrario, la evolución adiabática siempre puede mantener el sistema cuántico en su estado propio. Es resistente a los ruidos pero requiere un tiempo determinado.
Un equipo de SANKEN utilizó por primera vez el método STA para acelerar en gran medida la evolución adiabática de qubits de espín en puntos cuánticos definidos por una puerta. La teoría que utilizaron fue propuesta por el científico Xi Chen y otros. "Utilizamos el estilo de conducción cuántica sin transición de STA, permitiendo así que el sistema permanezca siempre en su estado propio ideal incluso en condiciones de rápida evolución", explica el coautor Takafumi Fujita.
De acuerdo con la evolución objetivo de los qubits de espín, el experimento de este grupo añade otro impulso eficaz para suprimir los errores diabáticos, lo que garantiza una evolución adiabática rápida y casi ideal.
También se investigaron las propiedades dinámicas y se demostró la eficacia de este método. Además, el pulso modificado después de la optimización pudo suprimir aún más los ruidos y mejorar la eficiencia del control del estado cuántico.
Finalmente, este grupo logró una fidelidad de giro de hasta el 97,8%. Según su estimación, la aceleración del paso adiabático sería mucho mejor en puntos cuánticos de Si o Ge con menos ruido de espín nuclear.
"Esto proporciona un método de control cuántico rápido y de alta fidelidad. Nuestros resultados también pueden ser útiles para acelerar otros pasajes adiabáticos en puntos cuánticos", afirma el autor correspondiente Akira Oiwa.
Como candidato prometedor para la computación cuántica, los puntos cuánticos definidos por puertas tienen largos tiempos de coherencia y buena compatibilidad con la industria moderna de semiconductores. El equipo está tratando de encontrar más aplicaciones en sistemas de puntos cuánticos definidos por puerta, como la promoción a más qubits de espín. Esperan encontrar una solución más sencilla y viable para el procesamiento de información cuántica tolerante a fallos utilizando este método.
Más información: Xiao-Fei Liu et al, Paso adiabático acelerado de un Qubit de espín de un solo electrón en puntos cuánticos, Cartas de revisión física (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.027002. En arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2312.13135
Proporcionado por la Universidad de Osaka
