Fermilab y Qblox comercializan la plataforma QICK para control cuántico

El Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE), el Fermilab y la empresa Qblox han formalizado una colaboración para la comercialización de la plataforma QICK (Quantum Instrumentation Control Kit). Este acuerdo incluye una estructura de licencias comerciales para gestionar la fabricación, la cadena de suministro y la distribución del sistema desarrollado por Fermilab. QICK es una plataforma de código abierto diseñada para el control y la lectura de cúbits superconductores, crucial para el desarrollo de ordenadores cuánticos. La iniciativa busca acelerar la disponibilidad de hardware de control cuántico de alto rendimiento y reducir las barreras de entrada para investigadores y desarrolladores. La plataforma QICK permite una integración más eficiente entre el software de control y el hardware experimental, facilitando la experimentación y la innovación en el campo de la computación cuántica. Este paso hacia la comercialización es fundamental para trasladar los avances de laboratorio a aplicaciones prácticas y para estandarizar ciertos componentes en la creciente industria cuántica. Además de la distribución comercial, la colaboración también tiene como objetivo fortalecer la fuerza laboral en tecnologías cuánticas. Al hacer la plataforma QICK más accesible y apoyar su uso en entornos académicos e industriales, se espera fomentar la formación de nuevos talentos y la creación de una comunidad más amplia de expertos en instrumentación cuántica. Este enfoque en la educación y el desarrollo de habilidades es vital para sostener el rápido crecimiento y la complejidad de la investigación y el desarrollo cuántico.

Nuevos códigos cuánticos LDPC mejoran la corrección de errores

Investigadores han desarrollado nuevos códigos cuánticos de baja densidad de paridad (LDPC) basados en matrices de permutación circulantes (CPM). Estos códigos, del tipo Calderbank-Shor-Steane (CSS), son cruciales para la computación cuántica, ya que permiten proteger la información cuántica de los errores inherentes a los cúbits. La construcción se parametriza por el peso de columna J, el peso de fila L y el tamaño de elevación P, y utiliza un arreglo de particiones de pares para imponer ecuaciones lineales que garantizan la ortogonalidad CSS. Los códigos LDPC cuánticos son una vía prometedora para la corrección de errores cuánticos debido a su estructura dispersa, que facilita la decodificación. Los ejemplos concretos presentados incluyen un código (J,L)=(4,12) con una tasa de 0.349 y una distancia [[372,130,16]], y otro (J,L)=(4,14) con una tasa de 0.440 y una distancia [[518,228,16]]. También se reportan instancias (J,L)=(3,8) con distancias [[472,122,14]] y [[488,126,14]] para tamaños de elevación P=59 y P=61, respectivamente. La distancia de estos códigos se ha establecido mediante la exclusión exhaustiva de pesos bajos y el uso de testigos no estabilizadores explícitos, lo que asegura su capacidad para detectar y corregir errores. La mejora en la tasa de codificación y la distancia mínima de estos nuevos códigos LDPC es un paso significativo hacia la construcción de ordenadores cuánticos tolerantes a fallos, un requisito fundamental para el desarrollo de la computación cuántica a gran escala.

Nuevo algoritmo reduce el error de Trotter en simulaciones cuánticas

Investigadores han desarrollado un algoritmo de compensación de error de conmutador anidado de alto orden (HNCC) que mejora significativamente la precisión de las simulaciones hamiltonianas mediante fórmulas de producto. Este método aborda la limitación de las fórmulas de producto tradicionales, cuyo tamaño de circuito escala polinómicamente con la inversa de la precisión, al lograr una dependencia polilogarítmica de la precisión en el tamaño del circuito. La innovación clave reside en la capacidad de HNCC para mantener las ventajas de las fórmulas de producto, como la ausencia de cúbits auxiliares, mientras reduce drásticamente los requisitos computacionales para alta precisión. El algoritmo HNCC utiliza una expansión truncada de Baker-Campbell-Hausdorff para representar los errores de Trotter de alto orden como productos de conmutadores anidados. Estos errores se compensan a nivel de superoperador mediante canales de rotación de Pauli muestreados aleatoriamente, lo que evita la necesidad de tests de Hadamard y cúbits auxiliares. Para una fórmula de producto de orden K aplicada a un hamiltoniano k-local en N cúbits con Γ términos de Pauli y una fuerza de interacción local g₀, HNCC estima la traza de Oe^(-i tH)ρe^(i tH) con una precisión aditiva ε||O||. Esto se logra usando O(ε⁻²) repeticiones y un recuento máximo de puertas por circuito de O(N^(2/(2K+1)) (k g₀ t log(1/ε))^(1+1/(2K+1)) k(Γ+log(1/ε))). La dependencia temporal resultante del algoritmo coincide con la de una fórmula de producto de orden 2K+1. Las estimaciones de recursos para una cadena de Heisenberg periódica de tamaño finito indican que HNCC logra los recuentos más bajos de puertas CNOT y T por circuito entre los métodos basados en fórmulas de producto considerados. Este avance es crucial para la viabilidad de simulaciones cuánticas complejas, donde la reducción del error y la optimización de recursos son factores determinantes para alcanzar la ventaja cuántica.

Identifican la temperatura óptima para cúbits de espín de silicio

Investigadores han determinado la temperatura de operación óptima para ordenadores cuánticos basados en cúbits de espín de silicio, un hallazgo crucial para el desarrollo de sistemas cuánticos comercialmente viables. El estudio revela que, contrariamente a la intuición, operar estos dispositivos a temperaturas extremadamente bajas (milikelvin) no siempre es lo más eficiente. La clave reside en equilibrar la fidelidad de las puertas cuánticas con los requisitos de refrigeración criogénica y la sobrecarga de la corrección de errores cuánticos.

Plaquette: Plataforma para diseñar ordenadores cuánticos tolerantes a fallos

Investigadores han desarrollado Plaquette, una plataforma teórica y de software diseñada para evaluar el rendimiento lógico de arquitecturas de computación cuántica tolerantes a fallos (FTQC) a partir de las imperfecciones físicas de los dispositivos. Esta herramienta aborda una necesidad crítica en el desarrollo de ordenadores cuánticos, donde la supresión de errores es fundamental. Plaquette permite a los equipos de hardware tomar decisiones informadas sobre qué imperfecciones mitigar, ofreciendo una visión precisa de cómo el ruido real del hardware afecta el rendimiento lógico de un FTQC. A diferencia de los modelos estocásticos de Pauli utilizados por simuladores escalables de estabilizadores, Plaquette considera una gama más amplia de fuentes de ruido que son comunes en los cúbits físicos. Esto incluye la fuga de estados computacionales en cúbits superconductores, la dispersión a través de estados intermedios en átomos neutros, el calentamiento en iones atrapados debido a la absorción de fonones y los errores coherentes por calibraciones incorrectas. La plataforma permite especificar modelos de error de hardware mediante operadores de Kraus, dinámicas de Hamiltonianos-Lindblad o canales cuánticos reconstruidos experimentalmente, compilándolos automáticamente para diferentes clases de muestreadores. Plaquette incorpora muestreadores como el de estabilizadores para ruido de Pauli, el nuevo muestreador XPauli para fugas y sectores ambientales, muestreadores casi-Clifford para errores coherentes y simulaciones de estado completo para cálculos de referencia exactos. La validación de los muestreadores XPauli y casi-Clifford contra simulaciones de estado completo ha demostrado su precisión, coincidiendo dentro de la incertidumbre estadística, mientras que la "Pauli twirling" puede ser insuficiente dependiendo del modelo de error. La herramienta se ha demostrado en tres modelos de error específicos: fugas en cúbits superconductores, dispersión de estados intermedios en átomos neutros y calentamiento en iones atrapados. La discrepancia entre las simulaciones de Plaquette y las simulaciones que solo consideran errores de Clifford varía según la plataforma y el proceso de ruido. Esto subraya la importancia de utilizar la simulación más precisa disponible para obtener umbrales fiables, presupuestos de error y estimaciones de sobrecarga. Plaquette ofrece un camino directo desde la física de sistemas abiertos de un dispositivo hasta la evaluación del rendimiento lógico del FTQC construido sobre él, facilitando el avance hacia ordenadores cuánticos robustos y funcionales.

Probabilidad de 'steering' cuántico en estados de dos cúbits

Investigadores han cuantificado la probabilidad de observar el fenómeno de 'steering' cuántico en estados genéricos de dos cúbits. El 'steering' es una manifestación de entrelazamiento donde las mediciones realizadas por una parte influyen en los estados condicionales de otra, sin que las correlaciones puedan explicarse por un modelo de estados ocultos locales. Este estudio aborda la pregunta de cuán común es este comportamiento en sistemas cuánticos, lo que es crucial para el desarrollo de tecnologías de información cuántica. El equipo derivó expresiones analíticas para la probabilidad de 'steering' ($\mathcal{P}_S$) en estados de Werner para escenarios con dos y tres configuraciones de medición, restringiendo el último caso a mediciones proyectivas coplanares en la esfera de Bloch. Para un mayor número de configuraciones y diversos conjuntos de estados aleatorios, se realizaron análisis numéricos que mostraron que $\mathcal{P}_S$ aumenta sistemáticamente con el número de mediciones. Además, esta probabilidad supera sustancialmente las probabilidades asociadas con la no localidad de Bell. Los resultados indican que los estados aleatorios con un acoplamiento ambiental mínimo exhiben una alta probabilidad de 'steering' para un número finito de mediciones ($m$), acercándose a una tipicidad genuina, donde $\mathcal{P}_S = 100\%$, a medida que el número de configuraciones aumenta. El estudio proporciona una caracterización detallada de $\mathcal{P}_S$ en diferentes conjuntos de estados y familias específicas, como los estados de Werner y los diagonal-Bell, identificando aquellos con mayor potencial no clásico y destacando su relevancia para protocolos donde el 'steering' es un recurso clave en comunicación y computación cuántica.

Corrección editorial de un estudio sobre ordenador cuántico de 98 cúbits

NewsPhysics informa sobre una corrección editorial relacionada con un artículo publicado anteriormente sobre un ordenador cuántico de 98 cúbits basado en iones atrapados. La corrección se refiere a detalles técnicos del estudio original, que describía un sistema con conectividad total entre los cúbits. Este tipo de correcciones son habituales en la publicación científica y suelen abordar errores menores o aclaraciones que no invalidan las conclusiones principales del trabajo, pero que son importantes para la precisión y reproducibilidad de la investigación. El estudio original se centraba en un avance significativo en la escala y la arquitectura de los ordenadores cuánticos de iones atrapados, una de las plataformas más prometedoras para la computación cuántica.

Compresión de tensores cuánticos con cálculo ZX y SVD

Investigadores han propuesto un nuevo método para comprimir tensores cuánticos, un paso crucial para el desarrollo de la computación cuántica. La técnica combina el cálculo ZX, una notación gráfica para operaciones cuánticas, con la descomposición en valores singulares (SVD), un método matemático estándar para reducir la dimensionalidad de los datos. Esta aproximación topológica permite simplificar la representación de estados cuánticos complejos, lo que es fundamental para gestionar la gran cantidad de información que manejan los sistemas cuánticos. La compresión de tensores cuánticos es esencial porque los estados cuánticos crecen exponencialmente con el número de cúbits, lo que dificulta su simulación y manipulación. El cálculo ZX proporciona una forma intuitiva de visualizar y manipular circuitos cuánticos y estados de tensor, mientras que SVD permite identificar y eliminar la información redundante. Al integrar ambos, el equipo ha logrado una metodología que no solo reduce el tamaño de los tensores, sino que también mantiene la fidelidad de la información cuántica, un desafío clave en este campo. Este avance tiene implicaciones significativas para la simulación de sistemas cuánticos de muchos cuerpos y el diseño de algoritmos cuánticos más eficientes. La capacidad de comprimir tensores cuánticos de manera efectiva podría acelerar el desarrollo de ordenadores cuánticos tolerantes a fallos y facilitar la exploración de fenómenos cuánticos complejos que actualmente están fuera del alcance computacional. Aunque el trabajo es teórico, sienta las bases para futuras implementaciones prácticas en plataformas cuánticas.

Desarrollan método para entrelazar cúbits lógicos de códigos cuánticos heterogéneos

Investigadores han desarrollado un marco automatizado para sintetizar circuitos lógicos CNOT entre códigos CSS (stabilizer codes) arbitrarios, incluso cuando estos códigos son diferentes. Tradicionalmente, las operaciones CNOT transversales, esenciales para el entrelazamiento de cúbits lógicos, se han limitado a códigos idénticos o a familias de códigos estructuralmente relacionadas. Esta nueva metodología, basada en el uso de "chain maps" (mapas de cadena), permite superar esta limitación, abriendo la puerta a una mayor flexibilidad en el diseño de arquitecturas cuánticas heterogéneas. El método propuesto construye el espacio afín de mapas de cadena que realizan la acción lógica CNOT deseada entre dos códigos CSS distintos. Posteriormente, se busca dentro de este espacio para identificar candidatos de circuitos físicos que sean poco profundos y dispersos, optimizando así la eficiencia de la operación. La validación del sistema se realizó con una variedad de pares de códigos CSS heterogéneos, reproduciendo construcciones transversales conocidas y descubriendo nuevas soluciones de baja profundidad. Entre estas, se encontraron ejemplos que preservan la distancia del código, total o parcialmente, y se demostró que esta preservación puede extenderse a la distancia completa del código mediante mediciones de "flag" adicionales. Esta capacidad de generar operaciones CNOT entre códigos cuánticos diferentes tiene implicaciones significativas para diversas aplicaciones en computación cuántica. Se discuten sus usos potenciales en la conmutación de códigos ("code switching"), la inyección de estados mágicos ("magic-state injection"), mediciones de productos de Pauli y operaciones en códigos concatenados. Los mapas de cadena personalizados ofrecen ventajas en términos de eficiencia espacio-temporal para interfaces lógicas adaptadas a arquitecturas heterogéneas. Además, el marco es extensible para la generación de puertas lógicas CZ dirigidas, ampliando aún más su utilidad.

Entrelazamiento y procesamiento cuántico con cúquarts

Científicos han logrado entrelazar múltiples cúquarts y realizar operaciones cuánticas con ellos, un avance significativo en la computación cuántica. Los cúquarts, sistemas cuánticos de cuatro niveles de energía, ofrecen una mayor capacidad de información por unidad física en comparación con los cúbits tradicionales de dos niveles. Este logro abre nuevas vías para el desarrollo de procesadores cuánticos más potentes y eficientes, capaces de manejar información más compleja con menos elementos físicos. El trabajo demuestra la capacidad de crear estados de entrelazamiento multipartito entre estos cúquarts, lo que es fundamental para la corrección de errores cuánticos y la implementación de algoritmos cuánticos avanzados. La manipulación precisa de estos estados de cuatro niveles permite codificar más información en cada cúquart, lo que podría reducir la cantidad de componentes necesarios para construir un ordenador cuántico con una determinada capacidad de procesamiento. Esto aborda uno de los desafíos clave en la escalabilidad de los sistemas cuánticos. Los investigadores emplearon una plataforma específica (que no se detalla en el texto original) para implementar y controlar los cúquarts, demostrando la viabilidad de su uso en arquitecturas cuánticas. La capacidad de realizar operaciones de procesamiento cuántico directamente con cúquarts, en lugar de descomponerlas en operaciones con cúbits binarios, simplifica la arquitectura de los circuitos y potencialmente reduce la tasa de errores. Este enfoque podría acelerar el desarrollo de algoritmos cuánticos más robustos y la construcción de ordenadores cuánticos tolerantes a fallos.

La memoria cuántica limita la distinción entre prueba y aprendizaje de estados estabilizadores

Un estudio reciente explora cómo la memoria cuántica coherente limitada afecta la complejidad de probar y aprender estados estabilizadores de $n$ cúbits. Tradicionalmente, la prueba de estados estabilizadores requiere un número constante de copias de un estado desconocido, independientemente de $n$, mientras que el aprendizaje completo del estado escala con $Θ(n)$. Esta separación, fundamental en la caracterización de estados cuánticos, se ve comprometida cuando la memoria coherente disponible es limitada. Los investigadores han demostrado que la complejidad de muestreo para probar estados estabilizadores con una memoria de $k$ cúbits es de $Θ(n-k)$. Esto contrasta fuertemente con el resultado de 6 copias en el caso de memoria ilimitada. La cota superior para la prueba se estableció mediante una conexión novedosa con el problema del desplazamiento oculto, mientras que la cota inferior se derivó utilizando un enfoque combinatorio sobre las razones de verosimilitud en el grupo ortogonal estocástico. Además, la complejidad de muestreo para aprender estados estabilizadores en el marco no adaptativo con $k$ cúbits de memoria es de $Θ(n^2/k)$. Estos hallazgos sugieren que la memoria cuántica coherente es un recurso crítico que permite la separación observada entre la prueba y el aprendizaje de estados estabilizadores. Por ejemplo, incluso con una memoria de $k=0.99n$ cúbits, ya no existe un probador de estados estabilizadores que requiera un número constante de copias. Para una memoria de $k=cn$ cúbits (donde $0 < c < 1$), la prueba de estados estabilizadores se vuelve tan difícil como su aprendizaje, requiriendo ambos $Θ(n)$ copias. Esto tiene implicaciones significativas para el diseño de protocolos de caracterización de estados cuánticos en sistemas con recursos de memoria restringidos.

Observan trenzado no abeliano no adiabático en ondas de materia

Científicos han logrado la primera observación de un trenzado no abeliano no adiabático en ondas de materia, un fenómeno cuántico fundamental con implicaciones para la computación cuántica tolerante a fallos. Este avance se realizó manipulando el estado interno (espín) de átomos de rubidio-87 (87Rb) en un condensado de Bose-Einstein. El trenzado no abeliano es crucial porque las operaciones realizadas de esta manera son inherentemente robustas frente a pequeñas perturbaciones, lo que las hace atractivas para codificar información cuántica de forma topológica. El trenzado topológico, una característica de las partículas no abelianas, permite que el intercambio de partículas altere el estado cuántico del sistema de una manera que depende del orden de los intercambios. Hasta ahora, las demostraciones de trenzado topológico se habían limitado principalmente a regímenes adiabáticos, donde los cambios se producen lentamente permitiendo que el sistema permanezca en su estado fundamental. La novedad de este trabajo reside en la realización del trenzado en un régimen no adiabático, lo que significa que las operaciones son mucho más rápidas y no requieren que el sistema se mantenga en el estado fundamental, abriendo la puerta a tiempos de coherencia más largos y a una mayor velocidad de operación. Para lograr esto, el equipo empleó un método que induce un trenzado no abeliano entre los estados de espín de los átomos de rubidio. Este proceso implica la manipulación precisa de campos magnéticos y láseres para controlar las interacciones entre los átomos y sus estados internos. La clave fue diseñar una secuencia de operaciones que permitiese el intercambio efectivo de las "partículas" (en este caso, los estados de espín) de forma no adiabática, demostrando la robustez del trenzado mediante la observación de los cambios resultantes en el estado cuántico del sistema. Este hito representa un paso significativo hacia la construcción de ordenadores cuánticos topológicos. La capacidad de realizar trenzados no abelianos de forma no adiabática podría permitir la creación de cúbits topológicos más estables y rápidos, superando una de las principales barreras en la computación cuántica: la decoherencia. Aunque aún queda un largo camino, esta demostración experimental refuerza la viabilidad de enfoques topológicos para la computación cuántica y podría inspirar nuevas investigaciones en la manipulación de estados cuánticos complejos.

Modelo de Ising de campo transverso global equivalente a circuitos cuánticos

Un estudio reciente ha demostrado la equivalencia polinómica entre el modelo de Ising de campo transverso global y el modelo de compuertas de computación cuántica. Esta equivalencia se establece para el caso de un campo transverso dependiente del tiempo no monótono. El modelo de Ising de campo transverso es fundamental en la simulación cuántica analógica y en la optimización, como la recocido cuántico, pero su relación con la computación cuántica basada en compuertas era una cuestión abierta hasta ahora. Basándose en trabajos previos sobre el control global de átomos de Rydberg, los investigadores han desarrollado una construcción que permite simular circuitos cuánticos arbitrarios utilizando el modelo de Ising con un campo transverso global. Aunque los sobrecostos polinómicos en tiempo, número de cúbits y escala de energía son considerables para el hardware cuántico actual, este resultado es un paso importante para el desarrollo de métodos más sofisticados que aprovechen el modelo de Ising en la simulación de circuitos cuánticos. Este hallazgo tiene implicaciones significativas para diversas comunidades científicas. Por un lado, si se asume que la computación cuántica es intrínsecamente más potente que la clásica, el resultado actúa como un teorema de no-go para la simulación clásica eficiente del modelo de Ising de campo transverso dependiente del tiempo. Esto afecta a campos como la simulación cuántica analógica, la optimización cuántica en diversas plataformas, y la teoría de la complejidad y el control.

Mediciones lógicas tolerantes a fallos con bajo coste de qubits

Investigadores han demostrado un método para realizar mediciones lógicas tolerantes a fallos en cúbits de transmon superconductores, utilizando una arquitectura planar con un bajo coste de cúbits. Este avance es crucial para la computación cuántica, ya que la corrección de errores cuánticos requiere mediciones precisas y robustas de los estados lógicos, incluso en presencia de ruido. La novedad reside en la eficiencia del enfoque, que minimiza el número de cúbits físicos necesarios para codificar y medir un cúbit lógico, un desafío persistente en el desarrollo de ordenadores cuánticos a gran escala. El experimento se llevó a cabo en un chip de 21 cúbits de transmon, donde se codificó un cúbit lógico utilizando el código de superficie. Este código es uno de los esquemas de corrección de errores cuánticos más prometedores debido a su alta tolerancia a fallos y su implementación relativamente sencilla en arquitecturas 2D. La clave del éxito fue la capacidad de realizar mediciones de paridad de manera eficiente, lo que permite detectar errores sin destruir la información cuántica codificada. Los resultados muestran una mejora significativa en la fidelidad de las mediciones lógicas en comparación con los enfoques anteriores, lo que acerca la realización de operaciones cuánticas fiables. La demostración de mediciones lógicas tolerantes a fallos con un coste de cúbits reducido es un paso fundamental hacia la construcción de ordenadores cuánticos universales. La capacidad de proteger la información cuántica del ruido ambiental es esencial para escalar los sistemas cuánticos y ejecutar algoritmos complejos. Este trabajo no solo valida la viabilidad de los códigos de superficie en plataformas de transmon, sino que también establece un nuevo punto de referencia para la eficiencia en la corrección de errores cuánticos, abriendo camino a futuras arquitecturas con mayor número de cúbits lógicos y una mayor robustez frente a los errores.

Extensión de circuitos IQP a cúdits para datos enteros en aprendizaje cuántico

Investigadores han desarrollado una extensión de los circuitos cuánticos polinomiales instantáneos (IQP) parametrizados, adaptándolos para trabajar con datos enteros mediante el formalismo de cúdits. Tradicionalmente, los modelos de aprendizaje generativo cuántico basados en circuitos IQP han sido efectivos para distribuciones binarias. Sin embargo, su aplicación a conjuntos de datos no binarios presentaba limitaciones significativas, ya que la conversión de valores enteros a representaciones binarias compatibles con cúbits a menudo distorsionaba la estructura métrica original de los datos. La nueva metodología aborda esta limitación codificando cada píxel con valor entero en una cadena de bits de longitud fija. Las puertas cuánticas se han transformado para operar bajo el formalismo de cúdits, lo que permite una representación más natural y eficiente de los datos no binarios. Como parte de este enfoque de aprendizaje automático generativo, se ha diseñado una función de pérdida adecuada para el entrenamiento del circuito y se ha desarrollado un método para calcular la matriz de covarianza entre las características. La validez de este método se ha demostrado utilizando los depósitos de energía de las duchas de electrones de una sola partícula en el calorímetro electromagnético del detector CLIC. Este avance es crucial porque permite que los circuitos IQP parametrizados, que son una herramienta prometedora en el aprendizaje automático cuántico, manejen de manera efectiva datos que no son intrínsecamente binarios. La capacidad de procesar datos enteros directamente, sin la pérdida de información inherente a las conversiones binarias, abre nuevas vías para el aprendizaje generativo cuántico. Además de su aplicación en la física de partículas, el método propuesto es extensible a otras áreas que utilizan el aprendizaje automático generativo cuántico con datos no binarios. Esto incluye potencialmente campos como el procesamiento de imágenes, el análisis de señales o la simulación de materiales, donde los datos a menudo se presentan en formatos enteros o de valores múltiples. El desarrollo de esta extensión de cúdits para circuitos IQP representa un paso significativo hacia la ampliación de la aplicabilidad de los modelos de aprendizaje automático cuántico a problemas del mundo real más complejos y diversos.

Qblox licencia tecnología de control cuántico del Fermilab para producción en EE. UU.

Qblox ha formalizado un acuerdo de licencia comercial con el Laboratorio Nacional Fermi (Fermilab) para la fabricación y distribución en Estados Unidos de su Kit de Control de Instrumentación Cuántica (Quantum Instrumentation Control Kit). Este acuerdo, que incluye un Acuerdo de Investigación y Desarrollo Cooperativo (CRADA), permitirá a Qblox gestionar la cadena de suministro doméstica y la comercialización de esta tecnología crucial para la computación cuántica. El Kit de Control de Instrumentación Cuántica, desarrollado originalmente por Fermilab, es un componente esencial para el funcionamiento y la manipulación de cúbits en sistemas cuánticos. La licencia otorgada a Qblox busca asegurar una producción y distribución eficientes dentro de Estados Unidos, fortaleciendo así la infraestructura nacional para el desarrollo de la computación cuántica. Este paso es significativo para transicionar la tecnología de laboratorio a una escala comercial y operativa.

Primer entrelazamiento multipartícula de espines nucleares en silicio

Científicos han logrado entrelazar cuánticamente hasta 27 espines nucleares de átomos de fósforo en un cristal de silicio. Este hito representa el mayor número de cúbits de espín nuclear entrelazados hasta la fecha en un material sólido, superando los límites anteriores y demostrando la viabilidad de usar estos sistemas para la computación cuántica. El experimento se realizó a temperaturas criogénicas y bajo un campo magnético, utilizando pulsos de microondas y radiofrecuencia para manipular los espines nucleares y electrónicos. El entrelazamiento multipartícula es un recurso fundamental para la computación cuántica, la simulación cuántica y la metrología de precisión. Los espines nucleares son atractivos como cúbits debido a sus largos tiempos de coherencia, que pueden extenderse por horas o incluso días. Sin embargo, su débil acoplamiento al entorno y entre sí, que les confiere esta coherencia, también dificulta su manipulación y entrelazamiento. Este trabajo aborda directamente este desafío al demostrar un control preciso sobre un sistema de múltiples espines nucleares en un entorno de estado sólido. Para lograr el entrelazamiento, el equipo utilizó un cúbit de espín electrónico de un átomo de fósforo como intermediario para mediar la interacción entre los espines nucleares. Mediante secuencias de pulsos cuidadosamente calibradas, pudieron generar estados entrelazados de hasta 27 espines nucleares, verificando el entrelazamiento a través de la reconstrucción tomográfica de los estados cuánticos. La fidelidad de los estados entrelazados generados se mantuvo alta, lo que es crucial para aplicaciones prácticas. Este avance abre nuevas vías para el desarrollo de procesadores cuánticos escalables basados en espines nucleares en silicio, un material bien establecido en la industria de los semiconductores. La capacidad de entrelazar un número tan elevado de cúbits con alta fidelidad es un paso crucial hacia la construcción de ordenadores cuánticos tolerantes a fallos y la exploración de fenómenos cuánticos complejos en sistemas de muchos cuerpos. Los próximos pasos incluirán el aumento del número de cúbits entrelazados y la implementación de algoritmos cuánticos más sofisticados.

Desarrollan un marco geométrico para la respuesta de sistemas cuánticos abiertos

Investigadores han desarrollado un marco teórico-geométrico para describir la respuesta de sistemas cuánticos abiertos, aquellos que interactúan con su entorno. Este nuevo enfoque descompone el tensor de respuesta en estado estacionario en dos componentes: uno simétrico, que define una métrica de respuesta relacionada con la susceptibilidad local, y otro antisimétrico, que introduce una forma de curvatura asociada a la respuesta no recíproca y al trabajo geométrico. Este trabajo establece una relación fluctuación-respuesta que extiende la estructura geométrica de la termodinámica de equilibrio a estados estacionarios de no equilibrio, revelando una geometría de respuesta con sectores métricos y simplécticos. En sistemas en equilibrio, el sector antisimétrico se anula debido a la reciprocidad, recuperando la geometría métrica familiar de la respuesta termodinámica. Sin embargo, los sistemas cuánticos abiertos exhiben una estructura más rica donde las respuestas recíprocas y no recíprocas pueden coexistir en el mismo espacio de control. Los autores ilustran esto con el ejemplo de un cúbit disipativo impulsado bajo desfasaje puro, donde la curvatura finita emerge de la desalineación entre la base de autoestados del hamiltoniano y la base de puntero seleccionada por el entorno, sin necesidad de un impulso fuerte o reservorios diseñados. La comparación con la métrica de Bures, que cuantifica la distinguibilidad de estados, muestra que la geometría de respuesta y la geometría de la información caracterizan propiedades distintas del espacio de estados estacionarios. Mientras que la métrica de Bures se enfoca en la distinguibilidad, la geometría de respuesta gobierna la susceptibilidad y el trabajo geométrico. Esto sugiere que el trabajo geométrico emerge como una firma medible de la respuesta no recíproca en sistemas cuánticos abiertos, ofreciendo una nueva herramienta para comprender y caracterizar estos sistemas complejos.

Proponen Arquitectura de Tres Capas para Computación Cuántica Tolerante a Fallos

Investigadores han propuesto una nueva arquitectura de tres capas para la computación cuántica tolerante a fallos. Este marco de alto nivel, agnóstico al hardware, busca ser un estándar abstracto y universal, desacoplado de plataformas físicas de cúbits específicas y de códigos de corrección de errores cuánticos particulares. La propuesta se inspira en las filosofías de la arquitectura de los ordenadores clásicos y está guiada por los flujos de trabajo de ejecución de algoritmos cuánticos tolerantes a fallos. El diseño presta especial atención a la Capa de Tolerancia a Fallos intermedia, que actúa como un puente arquitectónico entre los programas lógicos a nivel de aplicación y la ejecución a nivel de hardware. Esta capa se caracteriza por sus cinco componentes internos, las interfaces y los datos que se intercambian entre ellos, así como las rutas de ejecución, corrección y adaptación. Estas rutas permiten la síntesis lógica, la gestión de recursos tolerantes a fallos, la decodificación y el control de la tolerancia a fallos en tiempo de ejecución. La tolerancia a fallos es un requisito indispensable para la construcción de ordenadores cuánticos universales a gran escala. A medida que aumenta el énfasis en los sistemas cuánticos tolerantes a fallos modulares, heterogéneos y de múltiples capas, esta arquitectura proporciona un modelo fundacional unificado para organizar tales diseños. Se ha presentado un ejemplo completo para ilustrar el funcionamiento de extremo a extremo de los algoritmos cuánticos tolerantes a fallos bajo este nuevo marco.

Nuevo algoritmo para aprender Lindbladianos locales de forma casi óptima

Investigadores han desarrollado un algoritmo para aprender Lindbladianos locales, que describen la evolución de sistemas cuánticos abiertos, a partir del acceso a su dinámica. El objetivo es estimar los coeficientes hamiltonianos y disipativos que caracterizan estos sistemas. El método propuesto es casi óptimo en términos del uso de la evolución dinámica y el tiempo total de evolución, lo que representa un avance significativo en la caracterización de sistemas cuánticos complejos. El algoritmo se basa en el uso de sondas de canal de tiempo finito, donde la evolución desconocida se ejecuta por periodos cortos. A partir de estas evoluciones, se estiman las matrices de transferencia de Pauli utilizando la técnica de sombras clásicas. Posteriormente, estas estimaciones se convierten en los coeficientes del Lindbladiano mediante inversiones de Fourier locales estables. Este enfoque no es adaptativo, no requiere ancilas y utiliza únicamente estados de producto aleatorios como entradas, seguidos de mediciones aleatorias de Pauli. Además, no es necesario conocer de antemano el soporte del Lindbladiano. Para una localidad fija y un grado de sitio disipativo acotado, el uso de la evolución dinámica y el tiempo total de evolución escalan como $\widetilde{O}(\Lambda^2/\varepsilon^2)$ y $\widetilde{O}(\Lambda/\varepsilon^2)$ respectivamente, donde $\Lambda$ es el límite de la fuerza dinámica local y $\varepsilon$ es la precisión deseada, con una dependencia logarítmica en el número de cúbits. Los investigadores complementan el algoritmo con cotas inferiores coincidentes, demostrando que el algoritmo de aprendizaje es casi óptimo. En particular, las cotas inferiores implican que la escala limitada por Heisenberg, alcanzable para el aprendizaje hamiltoniano, es imposible desde el punto de vista de la información cuando también deben estimarse los coeficientes disipativos.

Estiman la entropía de sistemas de cutrits con redes neuronales

Investigadores han explorado dos metodologías complementarias para estimar la entropía de von Neumann en sistemas cuánticos de múltiples cutrits: algoritmos cuánticos variacionales (VQA) y redes neuronales convolucionales (CNN) clásicas. El estudio, realizado mediante un simulador cuántico ideal (sin ruido), evaluó la efectividad de estas técnicas para cuantificar el entrelazamiento y la información en sistemas cuánticos que utilizan cutrits, unidades de información cuántica de tres estados (a diferencia de los cúbits de dos estados). Para sistemas pequeños, de hasta tres cutrits, se construyeron y evaluaron 11 ansatzes eficientes inspirados en SU(3). Los resultados indicaron que la precisión de la estimación está determinada principalmente por el número de parámetros entrenables, siempre que exista suficiente entrelazamiento. Se fijó un recuento de parámetros de aproximadamente 120 para experimentos posteriores, observando que un aumento en el número de puertas de entrelazamiento más allá de un umbral ofrecía mejoras marginales. Para sistemas más grandes, de dos a cinco cutrits, se empleó una CNN entrenada con resultados de mediciones de bases mutuamente imparciales de producto tensorial. El modelo de CNN demostró predicciones precisas y estables, mejorando su rendimiento con el tamaño del sistema. Los errores más altos se observaron en sistemas de dos cutrits y los más bajos en sistemas de cinco cutrits. Notablemente, el uso de solo el 12.5% de las mediciones requeridas para una tomografía de estado completa fue suficiente para alcanzar errores absolutos en el percentil 90 de aproximadamente 0.13-0.16 nats para sistemas de cuatro y cinco cutrits. Además, el modelo de CNN mostró robustez frente al ruido de disparo y una buena capacidad de generalización a estados fuera de la distribución de entrenamiento. Estos hallazgos sugieren una transición en los métodos prácticos para la estimación de entropía: los VQA son efectivos para sistemas pequeños, mientras que los estimadores basados en CNN ofrecen una escalabilidad y robustez mejoradas para sistemas de cutrits más grandes. Este avance es crucial para el desarrollo de la computación cuántica basada en cutrits, que podría ofrecer ventajas en ciertas arquitecturas y algoritmos cuánticos al permitir una mayor densidad de información por unidad cuántica.

Nuevo decodificador de bajo coste para códigos cuánticos LDPC

Investigadores han desarrollado un nuevo decodificador, denominado "Frontier", diseñado para optimizar la decodificación de códigos cuánticos de baja densidad de paridad (LDPC). Este decodificador utiliza una técnica de programación dinámica podada, procesando variables de error en un orden específico y fusionando prefijos con síndromes residuales y etiquetas lógicas idénticas. Para aproximar las masas posteriores de las cosets lógicas, el decodificador retiene únicamente una "frontera" estrecha y puntuada. Este enfoque permite una inferencia ordenada que, aunque exponencial en complejidad sin la poda, se vuelve manejable con ella. El decodificador Frontier ha demostrado un rendimiento prometedor en el contexto de la capacidad de código, alcanzando umbrales cercanos a los óptimos para códigos cuánticos como el código de superficie y el código de color. En un modelo de ruido a nivel de circuito, el decodificador logra un rendimiento de vanguardia con un tamaño de lista promedio muy reducido. Por ejemplo, para el código grueso [[144,12,12]] con una tasa de error física de 0.001, el tamaño promedio de la lista retenida es inferior a 100 elementos. La eficiencia del decodificador Frontier es particularmente notable cuando el tamaño de la lista se mantiene constante, ya que en este escenario su complejidad computacional se reduce a lineal. Esta característica sugiere un gran potencial para implementaciones de baja latencia, lo que es crucial para el desarrollo de ordenadores cuánticos tolerantes a fallos. La capacidad de decodificar errores de manera eficiente y rápida es un paso fundamental para superar uno de los mayores desafíos en la computación cuántica: la fragilidad de los cúbits ante el ruido ambiental.

Solitones cuánticos en cúbits superconductores abren vía a simulaciones

Investigadores han explorado teóricamente la formación y el comportamiento de solitones cuánticos en una red lineal de cúbits superconductores tipo transmon. Estos sistemas, que pueden describirse mediante un hamiltoniano de Bose-Hubbard con interacción atractiva, han revelado estados localizados de baja energía que exhiben características de solitón. La versatilidad de los cúbits superconductores, que actúan como átomos artificiales con espectros e interacciones ajustables, permite diseñar circuitos específicos para la simulación cuántica de fenómenos complejos. El carácter solitónico de estos estados se manifiesta en su evolución temporal, donde se observa un patrón de interferencia cuántica, o "paseo cuántico", que subraya su naturaleza compuesta. Este comportamiento es clave para entender cómo estas excitaciones localizadas pueden propagarse y mantener su coherencia en el sistema. El estudio también aborda protocolos para la preparación de estos solitones cuánticos espacialmente localizados, que son compatibles con las tecnologías actuales de circuitos de transmon ajustables. Los resultados de esta investigación sugieren que los circuitos superconductores ofrecen una plataforma prometedora y experimentalmente accesible para el estudio de la física de los solitones cuánticos. Esto podría abrir nuevas vías para la simulación de sistemas de muchos cuerpos y el desarrollo de nuevas arquitecturas para la computación cuántica, aprovechando la estabilidad y control de estas excitaciones cuánticas localizadas.

Proponen un marco de diseño para chips cuánticos escalables

A medida que los chips cuánticos de computación avanzan desde prototipos de laboratorio hacia sistemas de ingeniería escalables, surge la necesidad de un nuevo enfoque en su diseño. Un reciente trabajo propone un Marco de Paradigma de Chips Cuánticos (Quantum Chip Paradigm Framework) que aborda el diseño electrónico automatizado cuántico (Q-EDA) no solo como un software, sino como una parte integral del desarrollo de estos dispositivos. Este marco busca transformar el diseño de chips cuánticos, actualmente basado en la experiencia, hacia una ingeniería impulsada por modelos, similar al "momento SPICE" que marcó un antes y un después en el diseño de circuitos clásicos. El desafío principal reside en la creciente escala de los cúbits, la complejidad de su control, la planificación de frecuencias, el empaquetado, la variación de procesos y la retroalimentación de mediciones criogénicas. A diferencia del diseño clásico, que a menudo comienza con lenguajes de descripción de hardware (HDL), el diseño de chips cuánticos debe iniciarse con estructuras físicas fundamentales como las uniones Josephson, resonadores, acopladores, elementos de lectura y líneas de control, así como el entorno de empaquetado. El marco propuesto enfatiza el modelado basado en celdas paramétricas (PCells), la simulación SPICE-Q, los kits de desarrollo de procesos cuánticos (Quantum PDKs) y la co-optimización de diseño, tecnología y medición. El sistema Q-EDA jerárquico esbozado en el estudio abarca desde las estructuras físicas y los PCells de cúbits hasta los cúbits lógicos, la aritmética cuántica, la propiedad intelectual funcional cuántica (Quantum IP) y los sistemas de sistema en chip (SoC) cuánticos. El objetivo fundamental es convertir los modelos físicos, las reglas de diseño, los resultados de simulación, los datos de fabricación y la retroalimentación de las mediciones en objetos de ingeniería reutilizables y auditables. Esto es crucial para el desarrollo de procesadores cuánticos a gran escala y la computación cuántica tolerante a fallos, facilitando una transición más eficiente y robusta de la investigación a la producción.

Entrelazamiento de alta fidelidad y mapeo multi-cúbit en una red atómica

Científicos han logrado un entrelazamiento cuántico de alta fidelidad y un mapeo coherente de múltiples cúbits en una red de átomos neutros. Este avance es crucial para el desarrollo de la computación cuántica, ya que permite la creación de estados entrelazados complejos con una precisión sin precedentes. El entrelazamiento es la base de las operaciones cuánticas, y la capacidad de generarlo de forma fiable en sistemas de múltiples cúbits es un paso fundamental hacia ordenadores cuánticos escalables y robustos. El equipo utilizó una plataforma basada en átomos de rubidio atrapados individualmente en pinzas ópticas, lo que permite un control preciso sobre la posición y el estado cuántico de cada átomo. Mediante pulsos de láser cuidadosamente calibrados, lograron entrelazar hasta seis cúbits con una fidelidad del 99,5% para pares de cúbits y del 97% para estados de tres cúbits, superando las cotas anteriores. Además, demostraron un mapeo coherente de estados cuánticos entre diferentes cúbits, una capacidad esencial para la corrección de errores cuánticos y la implementación de algoritmos complejos. La alta fidelidad alcanzada en el entrelazamiento y el mapeo coherente abre nuevas vías para la construcción de procesadores cuánticos tolerantes a fallos. Estos resultados no solo demuestran la viabilidad de las redes de átomos neutros como una arquitectura prometedora para la computación cuántica, sino que también proporcionan una plataforma robusta para la exploración de fenómenos cuánticos fundamentales y el desarrollo de sensores cuánticos de alta precisión. El siguiente paso será escalar el número de cúbits manteniendo la alta fidelidad y explorando arquitecturas de conectividad más complejas.

Cuantificación del tiempo en paseos cuánticos bajo medidas débiles

Investigadores han demostrado que el tiempo de retorno medio en paseos cuánticos puede estar universalmente cuantificado, incluso en sistemas de mayor dimensionalidad. Este fenómeno se observa bajo un monitoreo fuerte o indirecto de múltiples canales, donde la interacción con un cúbit auxiliar (ancilla) facilita el monitoreo indirecto. El hallazgo extiende la comprensión de la cuantificación temporal más allá de los sistemas unidimensionales previamente estudiados, sugiriendo una propiedad fundamental en la evolución de sistemas cuánticos. Anteriormente, se conocía que el tiempo de retorno medio se cuantificaba en sistemas unidimensionales bajo un monitoreo fuerte e indirecto, relacionado con el número de vueltas de la amplitud de retorno. El nuevo trabajo generaliza esta idea, mostrando que la cuantificación del tiempo persiste en un subespacio proyectado de un paseo cuántico, incluso cuando la evolución se produce en dimensiones superiores. Esto implica que la estadística de tiempo puede ser una propiedad intrínseca y universalmente cuantificada en la dinámica cuántica. La cuantificación del tiempo se logra al observar la evolución del sistema mediante mediciones. Estas mediciones, ya sean directas y fuertes o indirectas a través de un acoplamiento con una ancilla, influyen en la dinámica del sistema de tal manera que el tiempo que tarda el sistema en regresar a su estado inicial se vuelve discreto. Este resultado tiene implicaciones para el diseño de experimentos y la interpretación de la evolución en sistemas cuánticos complejos, abriendo nuevas vías para el control y la manipulación de estados cuánticos.

Purificación óptima de canales unitarios de cúbits ruidosos

Investigadores han desarrollado un protocolo para purificar canales unitarios de cúbits afectados por ruido despolarizador, un paso crucial para la computación cuántica robusta. El estudio aborda el desafío de recuperar la operación unitaria original de un cúbit tras haber sido sometido a un canal ruidoso. Este problema es análogo a la corrección de errores en estados cuánticos, pero presenta complejidades adicionales al tratar con operaciones (canales) en lugar de información estática (estados). El trabajo demuestra que, para un número finito de usos del canal, las estrategias secuenciales pueden superar a las paralelas, una distinción fundamental respecto a la purificación de estados. Sin embargo, el avance principal es un protocolo paralelo covariante para U(2) que utiliza un nuevo código de corrección de errores cuánticos asistido por entrelazamiento. Este método logra suprimir la fuerza del ruido de primer orden con una escala de O(1/n), donde n es el número de usos del canal. Esta escala de O(1/n) se ha demostrado que es asintóticamente óptima en el régimen de bajo ruido, incluso cuando se consideran estrategias secuenciales. La capacidad de purificar canales ruidosos de manera eficiente es vital para construir ordenadores cuánticos tolerantes a fallos, ya que la fidelidad de las operaciones unitarias es un factor limitante clave en el rendimiento de los algoritmos cuánticos. Este avance sienta las bases para el desarrollo de técnicas más robustas en el procesamiento de información cuántica.

Ruido coherente y estocástico en códigos de corrección de errores cuánticos

Investigadores han estudiado experimentalmente el impacto de la inyección de errores coherentes y estocásticos en el rendimiento de un cúbit lógico utilizando un código de repetición de volteo de bit. El estudio, realizado en un procesador cuántico de transmon, buscaba comprender cómo los diferentes tipos de ruido físico afectan la corrección de errores cuánticos (QEC), un componente crucial para construir ordenadores cuánticos tolerantes a fallos. Los resultados experimentales se compararon con simulaciones adaptadas de un simulador de fermiones libres escalable, modificado para muestrear eficientemente el ruido estocástico en el circuito cuántico. Contrariamente a las predicciones teóricas y de simulación, el experimento no observó la diferencia esperada en la fidelidad lógica entre la inyección de errores coherentes y estocásticos, tanto para los códigos de repetición de distancia 3 como de distancia 5. Las simulaciones habían sugerido que estos dos tipos de ruido deberían tener efectos distintos en el rendimiento de los códigos QEC. Esta discrepancia sugiere que los modelos actuales de ruido en los sistemas cuánticos experimentales podrían necesitar ser refinados. Una hipótesis planteada por el equipo para explicar esta divergencia es la presencia de pequeñas derivas en las frecuencias de los cúbits. Estas derivas podrían introducir un ruido de fase coherente que, de facto, "estocastifica" los errores coherentes inyectados, haciendo que se comporten de manera más similar a los errores estocásticos. Este trabajo subraya la complejidad de caracterizar y mitigar el ruido en plataformas cuánticas reales y contribuye a una comprensión más profunda de cómo los errores coherentes afectan la QEC experimental, un paso esencial para el desarrollo de la computación cuántica.

Nuevo método para tomografía de estados cuánticos de extensión acotada

Investigadores han desarrollado un marco general para la tomografía de estados cuánticos con una "extensión acotada" respecto a una clase estructurada de estados. Este avance permite caracterizar un estado cuántico desconocido que puede descomponerse como una superposición de estados de una familia específica, siempre que los coeficientes de esta superposición tengan una norma L1 acotada. La clave del método es la capacidad de "potenciar" un algoritmo de aprendizaje agnóstico débil para una clase de estados en un algoritmo de tomografía para estados que son combinaciones lineales de estos. El estudio se centra en el concepto de una familia de estados cuánticos C que es "sucintamente representable" y para la cual existe un "aprendiz agnóstico débil". Un aprendiz agnóstico débil es un algoritmo que puede identificar, con cierta probabilidad, si un estado pertenece o no a la clase C, incluso en presencia de ruido. La contribución principal del trabajo es demostrar que si se dispone de tal aprendiz para una clase C, este puede transformarse en un algoritmo de tomografía para estados que son combinaciones lineales de los elementos de C con una extensión acotada. Esta reducción es de tipo "caja negra", lo que significa que es aplicable a una amplia variedad de modelos de clases de estados. Como aplicación práctica, los autores consideran el caso en que C es la clase de estados estabilizadores. Para estos estados, el nuevo algoritmo de tomografía puede caracterizar estados con una extensión estabilizadora ξ hasta una distancia de traza ε, en un tiempo polinómico en el número de cúbits (n) y en un factor que depende de (ξ/ε) elevado a log(ξ/ε). Este rendimiento puede mejorarse a un tiempo polinómico en n, ξ y 1/ε si se asume la conjetura algorítmica polinómica de Freiman-Ruzsa en el régimen de alta duplicación. El mensaje conceptual central es que el aprendizaje agnóstico de una clase base estructurada conduce automáticamente a la capacidad de aprender su "span" lineal de baja complejidad. Este desarrollo tiene implicaciones significativas para la caracterización de estados cuánticos complejos, especialmente aquellos que exhiben cierta estructura subyacente. La capacidad de realizar tomografía de manera eficiente para estados con extensión acotada es crucial para el desarrollo y la verificación de tecnologías cuánticas, como la computación y la simulación cuántica, donde la preparación y el control de estados específicos son fundamentales. El trabajo abre vías para futuras investigaciones en la aplicación de técnicas de aprendizaje automático a la metrología cuántica y la caracterización de sistemas cuánticos de mayor escala.

Pulsos cuasi-cero mejoran el control de cúbits de espín

Investigadores han desarrollado una nueva técnica de pulsos, denominada "cuasi-cero", para controlar con mayor precisión las interacciones de intercambio en cúbits de espín. Estos cúbits, basados en electrones confinados en puntos cuánticos, son fundamentales para la computación cuántica. La fidelidad de las puertas cuánticas en estos sistemas se ve a menudo limitada por distorsiones en los pulsos de control. Mientras que las distorsiones dinámicas lineales pueden compensarse mediante filtrado, esto requiere un conocimiento detallado de la función de transferencia de la distorsión y la calibración de numerosos parámetros. Los nuevos pulsos cuasi-cero simplifican este proceso al permitir integrales de tiempo netas positivas pero reducidas, generalizando los diseños de pulso de integral neta-cero que cancelan estas distorsiones. El equipo ha aplicado estos diseños de pulso para desarrollar conjuntos completos de puertas para cúbits de solo intercambio, explorando el equilibrio entre la duración del pulso, la fidelidad y el número de parámetros ajustables. Los resultados, validados tanto en simulaciones como experimentalmente, demuestran que los pulsos optimizados logran fidelidades comparables a las obtenidas con enfoques de filtrado completos. Lo destacable es que lo hacen con duraciones de pulso idénticas y un número significativamente menor de parámetros de ajuste. La implementación experimental se llevó a cabo en un dispositivo de seis puntos cuánticos, el "Tunnel Falls" de Intel. La reducción en la complejidad de la calibración que ofrecen los pulsos cuasi-cero es un avance crucial. Este menor número de parámetros de ajuste facilita esquemas de calibración más rápidos y automatizados, lo que es esencial para la escalabilidad y la viabilidad comercial de los futuros dispositivos cuánticos. Este enfoque promete acelerar el desarrollo de procesadores cuánticos de alta fidelidad.

Demuestran códigos qLDPC con rendimiento de equilibrio en computación cuántica

Científicos han logrado una demostración significativa de códigos cuánticos de paridad de baja densidad (qLDPC) en un ordenador cuántico de iones atrapados. Estos códigos son cruciales para la computación cuántica tolerante a fallos, ofreciendo tasas de codificación superiores a alternativas topológicas como el código de superficie. A pesar de los desafíos de implementación, como la necesidad de acopladores de largo alcance, el equipo ha demostrado nueve códigos de corrección de errores cuánticos con distintas conectividades de cúbits en un único dispositivo, sin reconfiguración de hardware. El avance se ha conseguido utilizando la flexibilidad de un ordenador cuántico de iones atrapados. En particular, un código qLDPC que codifica 4 cúbits lógicos en 18 cúbits físicos ha mostrado una tasa de error lógico hasta 9 veces mejor que demostraciones previas de códigos similares en cúbits superconductores de estado sólido. Además, esta implementación ha alcanzado un rendimiento de equilibrio, donde la vida útil de los cúbits lógicos es comparable o incluso ligeramente superior a la de los cúbits físicos subyacentes. La clave tecnológica reside en una novedosa implementación de la arquitectura óptica de estado fundamental metaestable (OMG). Esta permite mediciones y reinicios a mitad de circuito direccionables, lo que elimina la necesidad de transporte de iones o iones de refrigeración dedicados. Estos requisitos suelen consumir una gran fracción del tiempo de ejecución o del número de iones en los ordenadores cuánticos de iones atrapados, lo que hace que este enfoque sea más eficiente y escalable para futuras arquitecturas de computación cuántica tolerante a fallos.

Nueva codificación para problemas QUBO mejora la computación cuántica

Investigadores han desarrollado una nueva técnica de codificación para problemas de optimización binaria cuadrática sin restricciones (QUBO), un formato crucial para la computación cuántica y los recocedores cuánticos. Esta nueva codificación, denominada codificación compacta de un solo bit (COBE), reduce significativamente el número de cúbits y las interacciones necesarias en comparación con los métodos tradicionales de codificación de un solo bit (OHE). La eficiencia de COBE permite abordar problemas de mayor complejidad con los recursos cuánticos actuales, que son inherentemente limitados. Los problemas QUBO son fundamentales en campos como la logística, las finanzas y la ciencia de materiales, donde se busca optimizar una función objetivo sujeta a ciertas restricciones. Tradicionalmente, para representar variables enteras en un QUBO, se utiliza la codificación OHE, que asigna un cúbit a cada posible valor de la variable. Sin embargo, esto puede llevar a un uso ineficiente de los recursos cuánticos. COBE, en cambio, utiliza un enfoque más compacto, reduciendo la redundancia y, por tanto, el número de cúbits y las conexiones entre ellos (interacciones) necesarias para representar el mismo problema. La reducción en el número de cúbits y, especialmente, en las interacciones, es crítica para el rendimiento de los recocedores cuánticos y los ordenadores cuánticos basados en puertas. Menos interacciones significan menos ruido y una mayor probabilidad de obtener soluciones correctas. Aunque el artículo original no proporciona cifras exactas de mejora, la naturaleza de la codificación compacta implica una ventaja sustancial en la escalabilidad de los problemas abordables. Este avance es un paso importante hacia la resolución de problemas de optimización complejos que actualmente están fuera del alcance de la computación clásica o cuántica actual.

Desarrollan una memoria cuántica RAM tolerante a errores

Investigadores han presentado un nuevo diseño de memoria de acceso aleatorio cuántica (qRAM) que promete ser más rápida y, crucialmente, tolerante a errores. Este avance es fundamental para el desarrollo de ordenadores cuánticos a gran escala, ya que la qRAM es un componente esencial para almacenar y recuperar información cuántica de manera eficiente, permitiendo a los procesadores cuánticos acceder a grandes conjuntos de datos. La qRAM propuesta opera bajo un principio de "estado de recurso", donde la información se codifica en estados cuánticos que pueden ser accedidos y manipulados sin destruir su coherencia. A diferencia de los enfoques anteriores, que a menudo sacrificaban la velocidad o la fiabilidad, este diseño integra mecanismos de corrección de errores directamente en su arquitectura. Esto es vital, dado que los cúbits son inherentemente frágiles y propensos a la decoherencia, lo que introduce errores en los cálculos cuánticos. La capacidad de corregir estos errores sobre la marcha es un paso significativo hacia la computación cuántica robusta. El equipo demostró teóricamente que su diseño puede alcanzar velocidades de acceso logarítmicas con respecto al número de cúbits de memoria, lo que representa una mejora sustancial sobre las qRAM clásicas. Además, la tolerancia a errores se logra mediante la redundancia y la codificación de la información, permitiendo que el sistema funcione incluso si algunos cúbits individuales fallan. Este desarrollo abre la puerta a algoritmos cuánticos que requieren acceso a grandes bases de datos, como la búsqueda de Shor o la simulación de sistemas complejos, y acerca la posibilidad de construir ordenadores cuánticos universales a gran escala.

Estados direccionales controlados por cúbits en guías de ondas cuánticas

Investigadores han logrado la realización experimental de estados de borde direccionales controlados por el estado de un cúbit en un sistema de electrodinámica cuántica de guías de ondas (waveguide QED). Este avance permite manipular la propagación de fotones a lo largo de un canal unidimensional, dirigiéndolos en una u otra dirección en función del estado cuántico de un cúbit adyacente. El trabajo representa un paso significativo hacia el desarrollo de dispositivos fotónicos cuánticos que pueden procesar información de manera eficiente y con alta fidelidad, superando limitaciones de sistemas anteriores. El concepto central se basa en la interacción entre el cúbit y los fotones en la guía de ondas. Al ajustar la frecuencia de resonancia del cúbit y su acoplamiento con el campo electromagnético de la guía, se puede crear una interfaz que actúa como un espejo selectivo. Este espejo refleja los fotones en una dirección específica dependiendo de si el cúbit se encuentra en su estado fundamental o excitado. La clave del éxito experimental reside en la capacidad de mantener la coherencia del cúbit mientras interactúa con los fotones, un desafío considerable en sistemas cuánticos abiertos. Esta demostración abre nuevas vías para la computación cuántica y las redes cuánticas. La capacidad de controlar la dirección del flujo de información cuántica utilizando estados de cúbits podría ser fundamental para construir puertas lógicas cuánticas unidireccionales y para el enrutamiento de información en arquitecturas cuánticas complejas. Además, estos estados de borde direccionales podrían emplearse en la creación de aisladores y circuladores cuánticos, componentes esenciales para proteger la información cuántica de la decoherencia y para construir redes de comunicación cuántica robustas.

Nuevo modelo cuántico variacional optimiza incrustaciones de grafos de conocimiento

Investigadores han desarrollado un marco unificado para algoritmos cuánticos variacionales (VQA) aplicados a las incrustaciones de grafos de conocimiento, proponiendo una nueva variante que reduce los requisitos de hardware. Los VQA combinan circuitos cuánticos con optimización clásica para abordar problemas que podrían beneficiarse del hardware cuántico actual (NISQ). En el contexto de las incrustaciones de grafos de conocimiento, las propuestas existentes difieren en la función de puntuación y el número de cúbits necesarios. Este nuevo enfoque busca mejorar la eficiencia y la interpretabilidad en estos sistemas. Las arquitecturas previas para incrustaciones de grafos de conocimiento en VQA utilizaban dos diseños principales. Uno empleaba $n+1$ cúbits y obtenía la puntuación mediante una prueba de conmutación en un cúbit auxiliar. El otro utilizaba $2n+1$ cúbits y aplicaba una prueba de intercambio entre dos registros. En ambos casos, las entidades y relaciones se representaban en un espacio de Hilbert de dimensión $d = 2^n$, con un coste computacional comparable y la misma función de pérdida de error cuadrático medio. El nuevo trabajo unifica estos esquemas y permite explorar alternativas. La principal contribución es una variante que mantiene el significado intuitivo de la función de puntuación, pero prescinde de cúbits auxiliares y de mediciones entrelazadas. Este diseño resulta en un modelo más adecuado para los dispositivos NISQ actuales, ya que reduce significativamente las demandas de hardware sin sacrificar la interpretabilidad de los resultados. Esta optimización es crucial para el desarrollo de aplicaciones prácticas de la computación cuántica en el procesamiento de información estructurada.

Demostrada corrección de errores cuánticos en tiempo real con cúbits superconductores

Científicos han logrado una demostración pionera de corrección de errores cuánticos (QEC) en tiempo real y con baja latencia utilizando cúbits superconductores. Este avance es crucial para el desarrollo de ordenadores cuánticos tolerantes a fallos, una de las barreras más significativas para la computación cuántica a gran escala. El experimento valida un enfoque que permite detectar y corregir errores en los estados cuánticos de forma dinámica, un requisito fundamental para mantener la coherencia de la información cuántica durante periodos prolongados. El desafío principal en la computación cuántica es la fragilidad de los cúbits, que son extremadamente susceptibles a la decoherencia y a los errores inducidos por el entorno. La QEC busca proteger la información cuántica codificándola en un estado entrelazado de múltiples cúbits físicos, de modo que los errores en cúbits individuales puedan ser identificados y corregidos sin perturbar la información lógica. Hasta ahora, la implementación de QEC en tiempo real ha sido un obstáculo técnico considerable debido a la necesidad de una rápida detección y corrección de errores antes de que se propaguen o se acumulen. El equipo de investigación empleó un código de superficie, una de las arquitecturas de QEC más prometedoras, implementado en un procesador cuántico basado en cúbits superconductores. La clave del éxito fue el desarrollo de una arquitectura de control y lectura que permitía una latencia extremadamente baja, ejecutando los ciclos de corrección de errores en milisegundos. Esta capacidad de respuesta en tiempo real es lo que diferencia este trabajo de demostraciones anteriores, que a menudo operaban de forma post-selección o con tiempos de latencia mucho mayores. Los resultados abren la puerta a la construcción de ordenadores cuánticos que puedan ejecutar algoritmos complejos con una fiabilidad sin precedentes, superando las limitaciones actuales impuestas por la decoherencia.

Avances en computación cuántica aceleran la amenaza a la criptografía actual

Dos estudios recientes sugieren que los ordenadores cuánticos podrían ser capaces de romper los esquemas criptográficos modernos antes de lo previsto. Estos trabajos abordan desafíos clave en la construcción de máquinas cuánticas tolerantes a fallos y en la optimización de algoritmos para el ataque a sistemas de clave pública, como RSA y la criptografía de curva elíptica, que son la base de la seguridad en internet y las transacciones digitales. Los hallazgos se centran en la mejora de la eficiencia de los algoritmos cuánticos y en la reducción de los requisitos de hardware. Tradicionalmente, se ha estimado que se necesitarían millones de cúbits físicos para construir un ordenador cuántico capaz de ejecutar el algoritmo de Shor, el cual puede factorizar números grandes y, por tanto, romper RSA. Sin embargo, estos nuevos análisis exploran vías para disminuir drásticamente el número de cúbits necesarios, ya sea mediante la optimización de la arquitectura cuántica o la implementación de técnicas de corrección de errores más eficientes. Aunque aún estamos lejos de tener ordenadores cuánticos que puedan ejecutar el algoritmo de Shor a gran escala, estos avances subrayan la urgencia de desarrollar y adoptar criptografía post-cuántica. La comunidad científica y las agencias de seguridad ya están trabajando en nuevos estándares criptográficos que sean resistentes tanto a los ataques clásicos como a los cuánticos, anticipándose a la eventual llegada de máquinas cuánticas con la capacidad de comprometer la seguridad de la información actual.

La aleatorización mejora el rendimiento de ordenadores cuánticos con ruido

Una nueva investigación liderada por un estudiante de doctorado de la Universidad de Nuevo México ha demostrado que la aleatorización puede mejorar significativamente el rendimiento de los ordenadores cuánticos en presencia de ruido. Este hallazgo es crucial, ya que el ruido es uno de los mayores obstáculos para el desarrollo de la computación cuántica a gran escala y la consecución de una ventaja cuántica sostenida. La estrategia propuesta ofrece una vía prometedora para mitigar los efectos perjudiciales de la decoherencia y los errores en los cúbits. El ruido en los sistemas cuánticos, causado por interacciones no deseadas con el entorno, provoca la pérdida de coherencia cuántica y, en última instancia, la degradación de la información almacenada en los cúbits. Los métodos de corrección de errores cuánticos son complejos y requieren una gran redundancia, lo que los hace difíciles de implementar en la tecnología actual. Este estudio aborda el problema desde una perspectiva diferente, explorando cómo la introducción controlada de aleatoriedad puede actuar como un mecanismo de resiliencia frente a estas perturbaciones. Aunque el texto original es conciso y no detalla los métodos específicos empleados, la implicación de este trabajo es que la aleatorización podría ser una herramienta complementaria o alternativa a las técnicas tradicionales de corrección de errores. Esto podría permitir la construcción de ordenadores cuánticos más robustos y eficientes en el corto y medio plazo, acelerando la investigación en algoritmos cuánticos y aplicaciones prácticas. La investigación futura probablemente se centrará en optimizar estas estrategias de aleatorización y en su implementación en diversas arquitecturas de hardware cuántico.

Transferencia de información cuántica sin pérdidas en circuitos de ladrillo

Investigadores han explorado la transferencia de información en sistemas cuánticos de muchos cuerpos, un aspecto crucial para la comunicación cuántica y la transferencia de estados. El estudio se centra en una cadena abierta unidimensional de cúdits, buscando recuperar información codificada en un extremo mediante mediciones en el opuesto. Al restringir la dinámica a circuitos cuánticos de ladrillo y considerar subsistemas de M-cúdits en el "cono de luz" causal del circuito, han obtenido resultados aplicables a sistemas de gran tamaño (N) o dinámicas globales no integrables. La clave de la investigación reside en vincular la transferencia de información sin pérdidas con la existencia de valores propios periféricos de un canal cuántico, Φ_M, que describe la evolución del subsistema local de M-cúdits a lo largo del cono de luz. Se han investigado las condiciones bajo las cuales los circuitos de ladrillo presentan estos valores propios periféricos. Para cadenas de cúbits con M=1, la propiedad dual-unitaria es una condición necesaria, mientras que para subsistemas locales mayores (M ≥ 2) o cúdits de mayor dimensionalidad, este requisito puede ser menos estricto. Sorprendentemente, la condición de valor propio periférico ha permitido construir ejemplos de transferencia de información sin pérdidas a través de cadenas de tamaño N arbitrario. Esto es posible incluso cuando la dinámica subyacente del circuito no es integrable y exhibe termalización a tiempos largos. Estos hallazgos abren nuevas vías para comprender y diseñar sistemas cuánticos robustos para la transmisión de información, superando las limitaciones impuestas por la complejidad de la dinámica de muchos cuerpos.

Umbral de código de superficie con errores correlacionados de vecinos cercanos

Un estudio reciente ha logrado determinar el umbral de corrección de errores para el código de superficie en presencia de errores correlacionados de vecinos cercanos. Este avance es crucial para el desarrollo de la computación cuántica tolerante a fallos, ya que los errores en los cúbits no suelen ser independientes, sino que a menudo se propagan a cúbits adyacentes. Comprender y mitigar estos errores correlacionados es fundamental para construir ordenadores cuánticos a gran escala que puedan realizar cálculos complejos de manera fiable. El trabajo establece una correspondencia exacta entre el problema de determinar el umbral del código de superficie bajo errores correlacionados y un modelo estadístico de mecánica de espín, concretamente el modelo de Ising en un campo aleatorio. Esta analogía permite aplicar herramientas y técnicas bien establecidas de la física estadística para analizar el comportamiento del código de superficie. La correlación espacial de los errores se introduce mediante un campo aleatorio correlacionado, lo que refleja la naturaleza de los errores en sistemas cuánticos reales. Los resultados obtenidos proporcionan un umbral de error del 0.029 para el código de superficie en este escenario de errores correlacionados. Este valor es ligeramente inferior al umbral del 0.031 que se obtiene cuando los errores se asumen independientes. La diferencia subraya la importancia de considerar la naturaleza correlacionada de los errores en el diseño de arquitecturas cuánticas robustas. Este hallazgo no solo mejora nuestra comprensión teórica de la tolerancia a fallos, sino que también ofrece una guía práctica para los ingenieros que desarrollan hardware cuántico, ayudándoles a establecer objetivos más realistas para la fidelidad de las operaciones con cúbits.

Resolviendo un misterio de detectores de materia oscura para computación cuántica

Investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley han desentrañado un enigma en los detectores de materia oscura que podría tener implicaciones significativas para el desarrollo de ordenadores cuánticos. El estudio se centra en la interacción de la luz con los materiales superconductores, un fenómeno crucial tanto para la detección de partículas de materia oscura como para la estabilidad de los cúbits superconductores. La comprensión de cómo la luz visible e infrarroja genera cuasipartículas en estos materiales es fundamental para mitigar el ruido y mejorar la coherencia en sistemas cuánticos. El problema abordado surge de la observación de que los detectores de materia oscura basados en superconductores, diseñados para ser extremadamente sensibles a pequeñas cantidades de energía, son susceptibles al ruido generado por fotones de baja energía, como la luz ambiental. Estos fotones, incluso en niveles muy bajos, pueden romper pares de Cooper en el superconductor, creando cuasipartículas que imitan las señales de materia oscura o introducen errores en los cúbits. La investigación previa había identificado este problema, pero la magnitud y el mecanismo preciso de la generación de cuasipartículas por fotones de baja energía no estaban completamente claros, limitando la capacidad de diseñar sistemas más robustos. El equipo de Berkeley Lab ha desarrollado un modelo detallado y ha realizado experimentos para caracterizar cómo la luz visible e infrarroja interactúa con los superconductores. Han cuantificado la eficiencia con la que los fotones de baja energía pueden generar cuasipartículas, revelando que incluso una pequeña cantidad de luz puede tener un impacto desproporcionado. Este conocimiento no solo es vital para el diseño de detectores de materia oscura más sensibles y libres de ruido, sino que también ofrece una vía para proteger los cúbits superconductores, que son extremadamente sensibles a las perturbaciones externas, de la decoherencia inducida por la luz. La capacidad de controlar y mitigar este efecto es un paso crucial hacia la construcción de ordenadores cuánticos más estables y escalables.