Una computadora cuántica es como una orquesta donde cada músico toca su parte, pero la más mínima nota falsa arruina la sinfonía. Los qubits físicos que la componen son ruidosos y cometen errores. Para proteger los cálculos, se agrupan en qubits lógicos mediante corrección de errores cuántica. El enfoque tradicional, el código de superficie, es fiable pero derrochador: por cada qubit lógico se necesitan cientos de físicos. Los códigos LDPC cuánticos prometen más, pero son difíciles de implementar debido a las conexiones complejas. El nuevo trabajo propone una salida: la arquitectura de bicicleta, donde los módulos se conectan mediante enlaces de largo alcance, como batutas que alcanzan instrumentos lejanos.

La base son los códigos bicíclicos bidimensionales: los qubits y las comprobaciones se colocan en un toro, y cada comprobación se conecta además con dos qubits remotos. Para el código gross (144 qubits físicos, 12 lógicos, distancia 12) y two-gross (288, 12, 18) se construyen esquemas explícitos de medición de síndromes, operaciones lógicas mediante deformación del código (cirugía cuántica) e inyección de estados T desde fábricas. La tolerancia a fallos se verificó simulando ruido de circuito con probabilidad de error p. Con p=10⁻³, el error lógico en reposo para gross fue de 10⁻⁸·⁸, y para two-gross, de 10⁻²⁰·¹. Esto es varios órdenes de magnitud menor que el del código de superficie de distancia comparable.

Las estimaciones integrales para circuitos aleatorios y simulaciones del modelo de Ising con campo transversal mostraron que, con 5 mil qubits físicos y p=10⁻³, la arquitectura de bicicleta ejecuta 10 veces más operaciones lógicas que el código de superficie. Para el modelo de Ising bastan 8138 qubits con p≈7×10⁻⁴, frente a 58–73 mil en el código de superficie. Esta es la primera demostración integral de que la modularidad y los enlaces de largo alcance proporcionan una ventaja de un orden de magnitud en el número de qubits lógicos sin degradar la fiabilidad.

Las perspectivas se relacionan con la mejora de las mediciones entre módulos, cuyos errores lógicos limitan actualmente el rendimiento general. Son posibles nuevos diseños de adaptadores, optimización del decodificador y mediciones paralelas. Otra dirección es aumentar la distancia de los códigos: la familia de códigos bicíclicos admite escalado, así como el uso de otros códigos de baja densidad de comprobaciones, hasta códigos de velocidad constante. Por último, se pueden mejorar las fábricas de estados mágicos utilizando enlaces de largo alcance para el cultivo o la destilación. La arquitectura de bicicleta establece nuevos estándares para el diseño de procesadores cuánticos, especialmente superconductores, donde ya se demuestran enlaces de largo alcance, y para compiladores.