La computación cuántica promete resolver problemas complejos a una velocidad exponencialmente mayor que la de un ordenador clásico, utilizando principios de la mecánica cuántica para codificar y manipular información en qubits. Estos qubits son los bloques fundamentales de un ordenador cuántico, pero su escalabilidad enfrenta desafíos significativos debido a su alta sensibilidad al ruido ambiental y a imperfecciones en el control, lo que introduce errores en las operaciones cuánticas y limita la complejidad y duración de los algoritmos cuánticos.
Recientemente, un equipo de investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) ha desarrollado dos nuevas técnicas de control que han logrado una fidelidad récord de un solo qubit del 99.998%. Este avance complementa un trabajo previo que demostró una fidelidad del 99.92% en puertas de dos qubits. La investigación ha sido publicada en la revista PRX Quantum.
Desafíos de la decoherencia y errores contrarrotativos
Un reto fundamental en la computación cuántica es la decoherencia, un proceso mediante el cual los qubits pierden su información cuántica. Este fenómeno limita la fidelidad de las puertas cuánticas, que son las operaciones básicas de un ordenador cuántico. Para mitigar la decoherencia, los investigadores del MIT han trabajado en la creación de puertas cuánticas que sean lo más rápidas posible. Sin embargo, a medida que se aumenta la velocidad de estas puertas, surgen errores adicionales debido a dinámicas contrarrotativas que complican su control.
Las puertas de un solo qubit se implementan comúnmente mediante un pulso resonante que induce oscilaciones Rabi entre los estados del qubit. Sin embargo, cuando los pulsos son demasiado rápidos, los errores contrarrotativos se vuelven más evidentes. Para abordar este problema, el equipo del MIT propuso el uso de señales de microondas polarizadas circularmente, que teóricamente deberían ser inmunes a estos errores. Sin embargo, los resultados iniciales no alcanzaron las fidelidades esperadas.
La solución llegó con el desarrollo de la técnica de «pulsos comensurables», que permite aplicar los pulsos en momentos específicos, de manera que los errores contrarrotativos se vuelven corregibles y se integran en las calibraciones habituales de las puertas Rabi. Esta técnica es aplicable a cualquier qubit que sufra de errores contrarrotativos, lo que la convierte en un enfoque prometedor para mejorar la precisión en la computación cuántica.
El qubit utilizado en este estudio, conocido como fluxonium, se distingue por su diseño, que incluye un superinductor que protege al qubit del ruido ambiental, permitiendo realizar operaciones lógicas con mayor precisión. Aunque el fluxonium tiene una frecuencia de qubit más baja, lo que generalmente se asocia con puertas más largas, los avances recientes han demostrado que es posible lograr puertas rápidas y de alta fidelidad.
Este trabajo destaca la colaboración entre físicos e ingenieros para lograr una mejor comprensión y control de los qubits, estableciendo estrategias claras para mitigar los efectos contrarrotativos en la computación cuántica. Con el reciente anuncio del chip cuántico Willow de Google, que demostró la corrección de errores cuánticos por primera vez más allá del umbral, estos avances llegan en un momento crucial para el desarrollo de la computación cuántica y la implementación de correcciones de errores eficientes.
