The Signal
Un processore a 125 qubit teletrasporta stati del codice di superficie con distanza di codice sette
Un processore superconduttivo a 125 qubit ha dimostrato il teletrasporto di stati del codice di superficie con distanza di codice sette, usando 98 qubit in due blocchi interlacciati. Poiché il feedback hardware non era disponibile, i ricerc
Quantum.world Team · Scritto con l’IA · verificato ·
Un processore superconduttivo a 125 qubit ha teletrasportato stati codificati con un codice di superficie a distanza di codice sette, usando 98 qubit disposti in due blocchi interlacciati da 49 qubit ciascuno. Il risultato, pubblicato su Nature Physics il 22 ottobre, dimostra il trasferimento di uno stato logico con un codice più grande rispetto agli esperimenti precedenti basati sull’approccio adottato in questo studio. Non significa che uno stato quantistico abbia percorso sette passaggi fisici o sia stato trasferito tra macchine distanti: «distanza sette» descrive il grado di protezione dagli errori del codice, ed entrambi i blocchi si trovano sullo stesso processore.
Due blocchi di codice, un processore
Il team ha preparato uno stato logico in un blocco del codice di superficie, chiamato Alice, mentre il secondo blocco, Bob, partiva da un semplice stato prodotto. Gate entangling trasversali hanno accoppiato i qubit corrispondenti delle due griglie interlacciate. In una sequenza standard di teletrasporto, i risultati della misurazione di Alice guiderebbero le operazioni su Bob. Ma il feedback hardware non era disponibile: il team ha rinviato la misurazione di Alice e ha applicato prima uno strato di gate CNOT per sostituire la comunicazione classica. Le informazioni logiche finali sono state recuperate da Bob usando un decodificatore.
Questa configurazione distingue il lavoro dalle dimostrazioni che trasferiscono un qubit logico tra blocchi già codificati su entrambi i lati. Qui lo stato si sposta insieme alla configurazione collettiva dell’entanglement che definisce il codice di superficie.
«Il lieve aumento del tasso di errore logico può essere attribuito agli errori aggiuntivi introdotti dal circuito di teletrasporto.»
Yiren Zou et al., autori dello studio, scrivono nell’articolo.
Il teletrasporto comporta un costo misurabile in termini di errori
Alla distanza di codice più elevata, il team riporta un tasso di errore logico di 0,014(1) per lo stato preparato di Alice e di 0,025(3) per lo stato teletrasportato di Bob. L’aumento mostra che il trasferimento aggiunge rumore, pur restando possibile recuperare lo stato logico mediante decodifica nelle condizioni operative dell’esperimento. La fedeltà mediana dei gate a singolo qubit del processore era del 99,94%, quella dei gate a due qubit del 99,64% e quella della lettura del 99,08%.
I ricercatori hanno anche testato una famiglia di stati logici a distanza di codice tre, tra cui uno stato magico di tipo H, una risorsa usata nella computazione quantistica universale. La fedeltà media degli stati era di 0,96(1) prima del trasferimento e di 0,95(2) dopo. Questi valori di fedeltà si riferiscono ai test sugli stati a distanza di codice tre, non alle misurazioni dell’errore logico a distanza di codice sette.
Il rumore modifica la soglia del trasferimento
Oltre a testare il trasferimento in una condizione operativa, il team ha regolato i gate entangling per introdurre errori coerenti controllati e ha individuato le condizioni in cui le informazioni logiche restavano recuperabili. Per un asse dell’errore lungo X, la pseudo-soglia misurata per sistemi di dimensione finita era di 0,122(2)π; ruotando l’asse verso X+Z, saliva a 0,175(5)π. Si tratta di soglie ricavate sperimentalmente per i circuiti testati, non di una garanzia generale sul tasso di errore di un computer quantistico in uso.
Secondo un modello separato di rumore indipendente da bit-flip, l’articolo indica una probabilità critica di 0,109. Lo studio individua anche un limite nella decodifica: usa un solo tipo di informazioni di sindrome, per cui la sua soglia di decodifica resta inferiore alla soglia più alta associata all’analisi completa dell’informazione coerente. Anche la preparazione degli stati magici negli esperimenti usa un metodo di iniezione non tollerante agli errori.
La distanza tra processori resta da verificare
Il trasferimento a distanza di codice sette è avvenuto all’interno di un unico processore flip-chip, con Alice e Bob fisicamente interlacciati per rendere praticabile l’accoppiamento. Gli autori affermano che misurazioni rapide durante il circuito e un reset efficiente dei qubit potrebbero ridurre la profondità del circuito di preparazione dello stato e consentire una soppressione adattiva del rumore prima e dopo il trasferimento. La prossima sfida che indicano è estendere il protocollo a processori superconduttivi separati, dove un entanglement più debole lungo un collegamento fisico metterebbe alla prova la capacità del trasferimento logico di resistere al rumore della comunicazione.
Per ora, il risultato concreto è il teletrasporto di uno stato codificato con distanza di codice sette su un unico chip: 98 qubit in due blocchi, con il tasso di errore logico dopo la decodifica che sale da 0,014(1) prima del trasferimento a 0,025(3) dopo.