Científicos desarrollan una nueva puerta de computación cuántica de alta fidelidad

Investigadores del Centro RIKEN para computación cuántica y Toshiba lograron un hito en la materia al construir una puerta basada en un acoplador de doble transmón (DTC). Esta tecnología está diseñada para mejorar significativamente la fidelidad de las operaciones cuánticas. Este desarrollo, publicado en Physical Review X, permite una fidelidad del 99,92% para la puerta de dos cúbits (CZ) y del 99,98% para puertas de un cúbit (el equivalente cuántico del bit en la computación clásica), acercando a los científicos al objetivo de computación cuántica tolerante a fallas.

El DTC utiliza dos cúbits transmon de frecuencia fija acoplados a través de un bucle con una unión Josephson adicional. Esta arquitectura se destaca por su capacidad para reducir las interacciones residuales entre cúbits, como la interacción ZZ, y realizar operaciones de alta fidelidad, incluso en cúbits altamente desafinados. Las altas tasas de fidelidad son esenciales para disminuir errores en cálculos cuánticos, mejorando la confiabilidad de los dispositivos NISQ (ruidosos y de escala intermedia) actuales y facilitando avances hacia sistemas de corrección de errores cuánticos.

Para eso el equipo empleó aprendizaje por refuerzo para optimizar la construcción de la puerta, alcanzando un compromiso entre errores de fuga y decoherencia. Tras pruebas, determinaron que una longitud de 48 nanosegundos ofrecía los mejores resultados, logrando una de las fidelidades más altas reportadas en el campo.

Yasunobu Nakamura, director del Centro RIKEN, afirmó: "Al reducir las tasas de error en las puertas cuánticas, hemos hecho posible cálculos cuánticos más fiables y precisos. Esto es especialmente importante para el desarrollo de ordenadores cuánticos tolerantes a fallos, que son el futuro de la computación cuántica". Nakamura destacó que el diseño del DTC es adaptable, permitiendo su integración en procesadores cuánticos actuales y futuros.

Este avance marca un paso clave hacia la computación cuántica escalable y precisa, con el potencial de transformar el rendimiento de procesadores cuánticos superconductores. El equipo planea ahora reducir aún más la longitud de las puertas para minimizar errores incoherentes y seguir mejorando la tecnología.