Científicos superan un obstáculo oculto para computadoras cuánticas más potentes

Investigadores del Centro RIKEN para la Ciencia de la Materia Emergente, junto con colaboradores, lograron un avance significativo en el control de varios qubits de espín de silicio que operan de forma simultánea, según un estudio publicado en Nature Physics. El equipo utilizó una matriz de cinco qubits conectada a una línea compartida de control por microondas e identificó una causa importante de los errores que surgen en la operación simultánea, para luego desarrollar una técnica que los reduce y mantiene la precisión.

El problema radicaba en el desplazamiento Stark de corriente alterna (AC Stark shift), un fenómeno por el cual las señales de microondas alteran los niveles de energía efectivos de un qubit y producen cambios en la fase de su estado cuántico, lo que interfiere con su funcionamiento. Para contrarrestarlo, los científicos crearon un método de calibración que compensa esos desplazamientos indeseados sin necesidad de calibrar por separado cada combinación posible de qubits: la técnica se basa en calibraciones entre pares de qubits. "En lugar de requerir un procedimiento de calibración totalmente separado para cada combinación posible de qubits, nuestro método utiliza calibraciones entre pares de qubits para compensar los desplazamientos de fase no deseados", explicó Yi-Hsien Wu, primer autor de la investigación.

Los resultados mostraron una fidelidad muy alta. Medidos individualmente, cada uno de los cinco qubits alcanzó una fidelidad de compuerta superior al 99,99%, y la más alta se acercó al 99,999%. Con hasta tres qubits operando a la vez, la fidelidad se mantuvo por encima del 99,99%, y con los cinco qubits controlados simultáneamente la precisión rondó el 99,9%, cerca de los niveles requeridos para la computación cuántica tolerante a fallos. No obstante, la calibración no eliminó todos los errores: la pérdida restante de precisión se vinculó a la descoherencia inducida por el accionamiento, causada por la mayor potencia de microondas necesaria para operar varios qubits al mismo tiempo. "Es una limitación, pero futuras mejoras en el diseño del dispositivo podrían ayudar a mitigar esta fuente de error", señaló Leon Camenzind, científico de RIKEN y coautor principal.

El avance respalda el uso de líneas de control compartidas como una vía práctica para ampliar los procesadores cuánticos, ya que asignar un sistema de control independiente a cada qubit dificultaría la gestión de dispositivos cada vez más complejos. Según Seigo Tarucha, gerente de un proyecto de computación cuántica de silicio en el marco del Moonshot Goal 6 de JST, el objetivo a largo plazo es construir una computadora cuántica tolerante a fallos basada en qubits de espín de silicio, y el control paralelo confiable es un paso esencial hacia esa meta.