Lógica quântica com qubits de spin ultrapassando o limiar do código de superfície

O controle de alta fidelidade dos bits quânticos é fundamental para a execução confiável de algoritmos quânticos e para alcançar a tolerância a falhas - a capacidade de corrigir erros mais rapidamente do que eles ocorrem1. O requisito central para a tolerância a falhas é expresso em termos de um limiar de erro. Embora o limiar real dependa de muitos detalhes, um alvo comum é o limiar de erro de aproximadamente 1% do bem conhecido código de superfície2,3. Alcançar fidelidades de portões de dois qubits acima de 99% tem sido um grande objetivo por muito tempo para qubits de spin semicondutores. Esses qubits são promissores para escalabilidade, pois podem aproveitar a tecnologia avançada de semicondutores4. Aqui relatamos um processador quântico baseado em spin em silício com fidelidades de portões de um qubit e de dois qubits, todas acima de 99,5%, extraídas da tomografia de conjunto de portões. As fidelidades médias dos portões de um qubit permanecem acima de 99% ao incluir erros de cross-talk e de inatividade no qubit vizinho. Usando este conjunto de portões de alta fidelidade, executamos a tarefa exigente de calcular as energias de estado fundamental molecular usando um algoritmo de resolvedor variacional de autovalores quânticos5. Tendo superado a barreira de 99% para a fidelidade do portão de dois qubits, os qubits semicondutores estão bem posicionados no caminho para a tolerância a falhas e para possíveis aplicações na era de dispositivos quânticos intermediários barulhentos.