Científicos de RIKEN logran el control simultáneo y de alta fidelidad de cinco qubits de espín de silicio

Investigadores del RIKEN Center for Emergent Matter Science y sus colaboradores han anunciado un avance significativo en la computación cuántica de silicio, con resultados publicados en Nature Physics. El equipo operó cinco qubits de espín de silicio de forma simultánea a través de una línea de control de microondas compartida; cada qubit individual alcanzó una fidelidad de puerta de un solo qubit muy superior al 99,99 %, con el valor más alto cercano al 99,999 %. Cuando hasta tres qubits estaban activos al mismo tiempo, la fidelidad se mantuvo por encima del 99,99 %. Con los cinco qubits controlados simultáneamente, la precisión se mantuvo en aproximadamente el 99,9 %, acercándose a los niveles necesarios para una computación cuántica tolerante a fallos de uso práctico.

El problema central que abordó el equipo fue el desplazamiento Stark de corriente alterna (AC Stark shift): las señales de control de microondas alteran los niveles de energía efectivos de un qubit, introduciendo desplazamientos de fase no deseados que reducen la precisión cuando se operan varios qubits a la vez. Para contrarrestarlo, los investigadores diseñaron un método de calibración por pares: en lugar de mapear todas las combinaciones posibles de qubits, se utilizan calibraciones realizadas entre pares para compensar los desplazamientos no deseados, lo que hace que el enfoque sea práctico para sistemas más grandes.

El coautor principal Leon Camenzind, de RIKEN, señaló que los resultados demuestran que «se puede mantener un control de alta fidelidad incluso cuando se operan varios qubits al mismo tiempo». El autor principal Yi-Hsien Wu, quien realizó los experimentos como parte de su investigación doctoral, indicó que la estrategia por pares evita un procedimiento de calibración independiente para cada combinación de qubits.

Persistió un error residual, atribuido a la decoherencia inducida por la señal de control debido a la mayor potencia de microondas necesaria para la operación en paralelo, una limitación que, según el equipo, podría abordarse con un diseño de dispositivo mejorado. Los qubits de espín de silicio son compatibles con los procesos de fabricación de semiconductores ya establecidos, lo que los convierte en una plataforma prometedora para escalar los procesadores cuánticos.