Investigadores han propuesto una nueva arquitectura de cuatro niveles para computación cuántica con átomos neutros que busca superar las limitaciones de las puertas lógicas de dos cúbits de corto alcance. Tradicionalmente, estas puertas se basan en el bloqueo de Rydberg, que requiere el transporte de átomos para lograr conectividad a larga distancia. La nueva propuesta integra cúbits de estado fundamental, conocidos por su larga vida útil, con estados de Rydberg que se acoplan a una cavidad de microondas. Este acoplamiento mediado por la cavidad permitiría la implementación de puertas cuánticas a larga distancia, un avance crucial para la escalabilidad de los ordenadores cuánticos basados en átomos neutros.

El estudio analizó la dependencia térmica de dos protocolos de puerta establecidos: la puerta iSWAP dispersiva, intrínseca al modelo de Tavis-Cummings, y una puerta de fase controlada generada al excitar la cavidad. Se realizaron simulaciones considerando factores como la desintegración de Rydberg, los fotones térmicos y el ancho de línea finito de la cavidad, obteniendo fidelidades que se ajustan a límites teóricos. Además, se introdujo una puerta Raman bicromática que, al poblar virtualmente los estados de Rydberg, mitiga los desplazamientos dispersivos y, consecuentemente, la desintegración atómica y de la cavidad, alcanzando una fidelidad de F = 0.997.

La aplicación de esta tecnología a una matriz completa de pinzas ópticas dentro de una cavidad de microondas demuestra un impacto significativo en la corrección de errores cuánticos. Los autores muestran que el uso de una puerta mediada por cavidad para cerrar los límites periódicos del código tórico reduce el tiempo de una ronda de corrección de errores en un factor de 2.3 para tamaños de matriz realistas. Esta mejora se extiende a la familia más amplia de códigos de bicicleta bivariados, donde se observa una reducción de 4.8 veces en el tiempo de ronda para el código bruto, lo que subraya el potencial de esta arquitectura para mejorar la eficiencia y robustez de los sistemas cuánticos.