Un equipo de Jülich ejecuta puertas de transmón de 6,8 nanosegundos con más del 99,98 % de fidelidad

Investigadores de Jülich, Aquisgrán y Colonia presentan en Nature Communications puertas de un qubit ultrarrápidas con un método de pulsos que suprime la fuga multifotónica.

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Físicos del Forschungszentrum Jülich, en colaboración con la RWTH Aachen University y la Universidad de Colonia, han realizado operaciones de un solo qubit en un qubit superconductor en 6,8 nanosegundos manteniendo una precisión superior al 99,98 %. El resultado, publicado en Nature Communications con el título Ultrafast single-qubit gates through multi-photon transition removal, se basa en una nueva forma de modelar los pulsos de control de microondas. Según el comunicado de Jülich, estas operaciones suelen tardar varias decenas de nanosegundos en las máquinas superconductoras.

Qué se anunció

Se ejecutaron dos puertas básicas en un único qubit transmón fabricado en la Helmholtz Nano Facility de Jülich, cada una impulsada por un pulso de microondas de 6,8 nanosegundos. Las fidelidades medidas fueron del 99,981 % y del 99,989 %, y la probabilidad de que el qubit escapara a un nivel de energía superior se mantuvo por debajo del 0,002 % por operación, según el instituto. Quantum Computing Report identifica las puertas como X y X/2 e informa que las fidelidades se midieron mediante benchmarking aleatorizado intercalado. El trabajo se realizó dentro de QSOLID, el consorcio nacional alemán coordinado por Jülich.

Los detalles técnicos

La velocidad importa porque los qubits conservan su estado solo durante poco tiempo: puertas más rápidas permiten encajar más operaciones, incluidos los ciclos de corrección de errores, en esa ventana. Pero los pulsos más cortos deben ser más intensos, y los transmones tienen niveles de energía más allá de los dos que se usan para calcular. El equipo de Jülich comprobó que los pulsos intensos y rápidos pueden llevar un qubit no solo un nivel por encima de lo previsto, sino dos o tres niveles más arriba mediante transiciones multifotónicas, un efecto que según el comunicado se había pasado por alto y que puede persistir a lo largo de varios pasos de cálculo y perturbar la corrección de errores.

El nuevo método, R2D, se basa en DRAG, la técnica estándar de corrección de pulsos utilizada desde hace más de una década. Da forma a los pulsos de modo que se filtran las componentes de frecuencia que provocan las transiciones no deseadas, mientras la operación prevista se sigue produciendo. Frente al método estándar, R2D reduce más de 20 veces la probabilidad de transiciones multifotónicas, según los investigadores. QCR informa que el error restante de la puerta está limitado por la decoherencia y no por errores de control.

El trabajo experimental lo dirigieron Yuan Gao y Rami Barends en el PGI-13 del Peter Grünberg Institute, con la parte teórica a cargo de José da Costa Jesus, Francisco Cárdenas-López y Felix Motzoi en el PGI-8.

Por qué importa

Unas puertas más rápidas sin pérdida de precisión dan a los esquemas de corrección de errores más margen antes de que los qubits pierdan la coherencia, y suprimir la fuga es especialmente valioso porque los estados fugados son difíciles de gestionar para los códigos estándar.

Qué seguir

Los investigadores subrayan que, por ahora, la técnica solo se ha probado en un qubit aislado. Nuevos experimentos deberán mostrar si se mantiene en procesadores más grandes, donde la diafonía y la saturación de frecuencias se convierten en un problema, y durante operaciones de dos qubits.