La corrección de errores cuánticos va más allá del punto de equilibrio

La decoherencia es un fenómeno fundamental a través del cual emerge el comportamiento clásico de las leyes de la naturaleza cuántica. Es el principal obstáculo cuando los científicos aprovechan estas leyes para procesar información. En términos prácticos de la computación cuántica, la decoherencia resulta de factores externos, como la radiación perdida, que puede causar que los cúbits en una computadora cuántica cambien sus estados cuánticos y pierdan la información almacenada. La corrección de errores cuánticos (QEC) corrige los efectos de la decoherencia en la información cuántica. Sin embargo, en todos los intentos experimentales previos de implementar QEC, la velocidad de corrección de errores fue más lenta que el efecto de decoherencia. Esto significa que el sistema cuántico perdió información más rápido de lo que QEC podría mantener. El punto de equilibrio es el punto en el que la complejidad adicional del circuito de corrección apenas compensa la decoherencia inducida.

En este experimento, los investigadores aumentaron más del doble la vida útil de la información cuántica después del punto de equilibrio. Esto demuestra que no existe un obstáculo fundamental para extender significativamente la vida útil de la información cuántica a través de una intervención activa. Esto confirma las predicciones de los científicos basadas en la teoría. También abre el camino al procesamiento de información cuántica en presencia de ruido de radiación, rayos cósmicos y otras fuentes. El ruido es una molestia inevitable para todos los sistemas cuánticos en el mundo real. De cara al futuro, uno de los próximos retos de esta plataforma es lograr operaciones lógicas de alta precisión entre dos qubits con corrección de errores.

Este experimento realizó el símbolo de la red en el modo electromagnético ubicado en una cavidad superconductora. El estado cuántico de este modo está controlado por un circuito superconductor adicional llamado transmisión. Los científicos enfriaron este sistema experimental dentro de un refrigerador diluido a una temperatura 100 veces más fría que el fondo cósmico del espacio exterior. Un controlador externo orquestó el proceso de corrección de errores cuánticos con una latencia de unos pocos cientos de nanosegundos. El agente de aprendizaje por refuerzo mejoró el proceso para contrarrestar los inconvenientes de la configuración y la consola experimentales.

Este trabajo se llevó a cabo en la Universidad de Yale y fue financiado en parte por el Centro para el Diseño de Características Cuánticas Conjuntas (C2QA), un centro de investigación de ciencia de la información cuántica dirigido por el Laboratorio Nacional de Brookhaven.

más información:
VV Sivak et al, Corrección de errores cuantitativa en tiempo real más allá del punto de equilibrio, naturaleza (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-05782-6

Proporcionado por el Departamento de Energía de EE. UU.