Un procesador cuántico de qubits de órbita con átomos ultrafríos

Es un desafío construir procesadores cuánticos escalables capaces de controlar en paralelo y operar localmente. Como plataforma prometedora para superar este desafío, las redes ópticas ofrecen paralelismo excepcional. Sin embargo, han tenido dificultades con operaciones locales precisas debido a los espacios relativamente estrechos entre las redes. Aquí, presentamos un nuevo procesador cuántico que incorpora codificación de qubits de órbita y estados internos (como grados auxiliares de libertad) para lograr operaciones espacialmente selectivas junto con control en paralelo. Con este procesador, generamos estados de clúster unidimensionales y bidimensionales usando capas mínimas de puertas controlled-Z. Detectamos experimentalmente el entrelazamiento multipartito de un estado de clúster bidimensional que involucra 123 qubits de órbita mediante mediciones directas de estabilizadores, verificando la no separabilidad bipartita completa. Además, demostramos la computación cuántica basada en mediciones implementando puertas lógicas de un qubit y de dos qubits, destacando la flexibilidad de las operaciones con qubits de órbita. Nuestros resultados establecen las redes ópticas de qubits de órbita como una arquitectura de procesamiento cuántico escalable, abriendo nuevas vías para aplicaciones en computación cuántica.