Demostración óptica de un umbral cuántico tolerante a fallos

a: Principio para implementar qubits físicos con los modos espaciales de dos fotones enredados. Y el patrón experimental de cada fotón se ilustra en b. Los resultados experimentales de los circuitos tolerantes a fallos para la operación lógica de la puerta Hadamard de un solo qubit se muestran en c, y los resultados para las operaciones lógicas considerando una puerta siguiente de dos qubits controlados-no se muestran en d. Fp y fp representan las probabilidades de éxito de salida para el circuito codificado y el circuito no codificado, respectivamente. El modo tolerante a fallos se verifica con Fp > fp. Crédito: Kai Sun et al.

Hacer frente a los errores experimentales, que pueden producirse en cada paso de los circuitos cuánticos, es de gran importancia, especialmente en la implementación de la computación cuántica. En general, la corrección de errores cuánticos requiere más qubits para realizar la operación de corrección.

Sin embargo, el método tolerante a fallos, en el que los qubits lógicos se codifican con varios qubits físicos y el error en el espacio físico es permisible y no se espera que se corrija, proporciona otra forma de tratar el error excluyendo el qubit con errores del espacio codificado.

Para ser más precisos, basándose en el mismo hardware, los qubits lógicos podrían salir con una mejor probabilidad en el circuito codificado tolerante a fallos que en el circuito no codificado cuando la tasa de error está por debajo del umbral. Y lo que es más importante, el circuito tolerante a fallos podría verificarse en un sistema pequeño formado por varios qubits. Y el umbral -evidencia explícita para apoyar el éxito del método tolerante a fallos- podría determinarse al comparar las probabilidades de salida de los circuitos codificados y los no codificados.

En un nuevo artículo publicado en Light Science & Application, un equipo de científicos, dirigido por el profesor Chuan-Feng Li, del Laboratorio Clave CAS de Información Cuántica de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, ha explotado los modos espaciales de dos fotones enredados para construir una plataforma experimental y ha observado directamente el umbral tolerante a fallos de los circuitos cuánticos investigados.

Con los qubits físicos representados por los recuentos coincidentes de los modos espaciales de cada fotón, se codifican y manipulan dos qubits lógicos a través de las operaciones correspondientes en los qubits físicos. Importando la tasa de error artificialmente con una precisión extremadamente alta, podríamos explorar el rango de la tasa de error que cubre el umbral. Cuando la probabilidad de salida de éxito del circuito codificado es mayor que la del circuito no codificado, podemos confirmar el valor exacto del umbral, que se apoya en los resultados sólidos que incluyen las operaciones de un qubit y dos qubits en el espacio lógico.

Además de facilitar la investigación de la computación cuántica tolerante a fallos en sistemas escalables, este trabajo es útil para otras tareas de información cuántica, como la purificación del enredo y la comunicación cuántica a larga distancia.

Al observar el umbral de la tasa de error, podríamos entender el marco detallado de los protocolos tolerantes a fallos y juzgar el éxito de la tolerancia a fallos. Los científicos resumen el rendimiento de la plataforma óptica:

«Construimos la configuración basada en los modos espaciales de dos fotones que manifiesta las siguientes ventajas: (1) operación de alta precisión que es el requisito rígido del circuito tolerante a fallos; (2) fácil de importar el error artificial y ajustar su tasa; (3) presenta el patrón recto de cada paso en el proceso tolerante a fallos; y (4) fácil de implementar el circuito codificado y el circuito no codificado tolerante a fallos».

«Además del tipo de error considerado en este trabajo, se podrían investigar otros modelos de error en un protocolo universal tolerante a fallos basándose en esta plataforma experimental. Por ejemplo, con la ampliación de la plataforma experimental basada en el modo espacial óptico del marco de un solo fotón al marco de dos fotones entrelazados en este trabajo, el efecto de error no local podría investigarse más en la computación cuántica tolerante a fallos», dicen los científicos.


Un equipo de investigación da un paso importante en la computación cuántica con corrección de errores


Más información:
Kai Sun et al, Demostración óptica del umbral cuántico tolerante a fallos, Light: Science & Applications (2022). DOI: 10.1038/s41377-022-00891-9

Proporcionado por
Academia China de Ciencias

Cita:
Demostración óptica del umbral cuántico tolerante a fallos (2022, 8 de julio)
recuperado el 8 de julio de 2022
de https://phys.org/news/2022-07-optical-quantum-fault-tolerant-threshold.html

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