Reemplazo rápido, continuo y coherente de átomos en una matriz de qubits de átomos neutros

Los procesadores cuánticos de átomos neutros son una plataforma prometedora para la computación cuántica escalable. Un obstáculo para implementar circuitos cuánticos profundos es manejar la pérdida de átomos, que constituye una fracción significativa de todos los errores. Los enfoques actuales no son capaces de reemplazar átomos perdidos en medio de un circuito, y por lo tanto están restringidos a profundidades de circuito fijas y cortas, o requieren un tiempo más de una orden de magnitud mayor que las operaciones de puerta y medición para hacerlo. En este trabajo, demostramos un reemplazo rápido y continuo de átomos aprovechando el qubit metastable ^171Yb. Un reservorio cargado continuamente cerca de la zona de cálculo permite la extracción de átomos bajo demanda con pinzas hasta 500 veces por segundo. Nuevas matrices de qubits pueden prepararse 30 veces por segundo incluyendo preparación de átomos individuales, imagen no destructiva e inicialización. Es importante destacar que los qubits existentes no se ven perturbados en absoluto por el proceso de recarga, debido al aislamiento extremo del qubit metastable respecto a la luz de enfriamiento e imagen. Este trabajo establece una base completa para implementar circuitos cuánticos rápidos con profundidad ilimitada, eliminando un último obstáculo para la computación cuántica tolerante a fallos con átomos neutros.