Operación de qubit de espín de alta fidelidad e inicialización algorítmica por encima de 1 K

Resumen La codificación de qubits en portadores de espín semiconductores ha sido reconocida como un enfoque prometedor para una computadora cuántica comercial que puede ser producida litográficamente e integrada a gran escala 1–10. Sin embargo, la operación del gran número de qubits requeridos para aplicaciones cuánticas ventajosas 11–13 generará una carga térmica que excede la capacidad de enfriamiento disponible de los criostatos a temperaturas de milikelvin. A medida que la ampliación se acelera, se vuelve imperativo establecer una operación tolerante a fallos por encima de 1 K, donde la potencia de enfriamiento es órdenes de magnitud superior 14–18. Aquí ajustamos y operamos qubits de espín en silicio por encima de 1 K, con fidelidades en el rango requerido para operaciones tolerantes a fallos a estas temperaturas 19–21. Diseñamos un protocolo de inicialización algorítmico para preparar un estado puro de dos qubits incluso cuando la energía térmica está sustancialmente por encima de las energías del qubit e incorporamos lectura por radiofrecuencia para alcanzar fidelidades de hasta 99.34 % tanto en la lectura como en la inicialización. También demostramos fidelidades de puerta Clifford de un solo qubit de hasta 99.85 % y una fidelidad de puerta de dos qubits de 98.92 %. Estos avances superan la limitación fundamental de que la energía térmica debe estar muy por debajo de las energías del qubit para que sea posible la operación de alta fidelidad, venciendo un obstáculo principal en el camino hacia la computación cuántica escalable y tolerante a fallos.