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Ingenieros han construido un procesador cuántico con cúbits de silicio que se controla con electrónica convencional y funciona mil veces más silencioso que los anteriores.
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Una computadora cuántica es como una orquesta donde cada músico debe tocar su parte a la perfección, o la melodía se desmorona. Antes, controlar los cúbits —los "músicos" cuánticos— requería una sala llena de equipos, y cada cable extra añadía ruido. Los ingenieros de este trabajo ensamblaron un chip de silicio compacto con 18 cúbits y colocaron la electrónica de control justo al lado, en un refrigerador a una temperatura más baja que la del espacio exterior.
Aquí, los cúbits son diminutas trampas para electrones grabadas en silicio. Los electrones se comportan como peonzas: su giro puede apuntar hacia arriba o hacia abajo, y esos son los dos estados del cúbit. En lugar de sacudir cada electrón con una señal individual, los autores usaron tríos de electrones que intercambian entre sí. Este cúbit de "intercambio" es más fácil de controlar y sufre menos interferencias magnéticas. Como resultado, la precisión de las operaciones individuales aumentó diez veces en comparación con los cúbits de silicio anteriores.
Para comprobar la fiabilidad del chip, los científicos ejecutaron un código que encuentra y corrige errores. Se llama código de repetición con distancia 5: cinco cúbits almacenan un bit de información, y aunque uno falle, los demás lo respaldan.
El resultado principal no es solo un récord, sino un camino hacia la producción en masa. El silicio es el mismo material del que están hechos los procesadores convencionales. Eso significa que las fábricas que hoy imprimen microchips para teléfonos podrán imprimir también chips cuánticos. Y el control mediante electrónica estándar implica que la computadora cuántica no requerirá infraestructura exótica. La orquesta por fin cabe en un bolsillo y toca sin desafinar.
Commercially-relevant quantum computers will require large numbers of high-performing qubits that can be manufactured, integrated, and controlled at scale. Silicon exchange-only (EO) qubits are a strong candidate modality due to their control-signal simplicity and compatibility with advanced semiconductor manufacturing, but questions remain around the achievability of sufficiently low noise and a scalable control and wiring solution. Here we introduce a quantum processing unit composed of a custom-designed cryogenic CMOS controller, a novel high-density superconducting ribbon cable, and a low-noise EO qubit device. The quantum chip features a three-rail array of 54 exchange-coupled quantum dots, configurable to host up to 18 EO qubits. We integrate and use these components to demonstrate qubit performance for both single-qubit and entangling operations that advances the EO state of the art by an order of magnitude. We further validate this system by implementing a distance-5 repetition code and a quantum error detecting code then make detailed comparisons with simulations. Our approach facilitates a utility-scale quantum computer with manageable operational and capital requirements.
Los cúbits de este chip funcionan a una temperatura de unos 0,1 kelvin, 30 veces más frío que el espacio interestelar.
Estos chips recuerdan a los módulos de computación de "Star Trek", donde los procesadores cuánticos están integrados en los sistemas normales de la nave.
