Científicos han desarrollado un marco numérico para sintetizar puertas de entrelazamiento multimodo en sistemas de iones atrapados. Este avance aborda uno de los desafíos clave en el procesamiento de información cuántica escalable: la creciente densidad de modos de movimiento colectivos a medida que aumenta el número de iones. La síntesis de puertas a gran escala requiere equilibrar interacciones espín-espín deseadas, suprimir el entrelazamiento residual espín-movimiento y limitar los recursos de control experimental, lo que hasta ahora representaba un problema de optimización no convexo de alta dimensionalidad.

El nuevo marco emplea una estrategia de minimización alternante, lo que mejora la estabilidad numérica y lo hace efectivo para sistemas grandes con numerosos modos de movimiento e interacciones objetivo. Como demostración, se sintetizaron puertas que implementan patrones de interacción de tipo "todos con todos" y de "vecino más cercano" en cadenas de iones de hasta N = 1000, utilizando únicamente control láser global. Un hallazgo significativo es que los recursos de control necesarios para mantener interacciones de alta fidelidad no muestran un crecimiento rápido con el tamaño del sistema en los regímenes de parámetros explorados.

Estos resultados sugieren que la síntesis de puertas multimodo es una vía viable para la ingeniería de interacción programable en procesadores cuánticos de iones atrapados a gran escala. El marco también se ha extendido para el direccionamiento individual, utilizando como ejemplo un objetivo qLDPC estructurado con N = 512 iones. Este progreso es crucial para el desarrollo de ordenadores cuánticos más potentes y fiables.