Computadora cuántica de cúbits de gato

Un ordenador cuántico de cúbits de gato es un enfoque propuesto para un ordenador cuántico a gran escala basado en estados de gato de Schrödinger .

Los estados de gato son superposiciones de dos estados coherentes de luz. Los cúbits de gato codifican información cuántica en estos estados. ^{[ 1 ]}

Están diseñados para proporcionar protección incorporada contra ciertos tipos de errores, en particular los cambios de bits, lo que hace que la corrección de errores cuánticos sea más eficiente en los circuitos superconductores. ^{[ 2 ]}

Este enfoque está siendo desarrollado por Alice & Bob y Amazon Web Services (AWS), entre otros. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

Los cúbits de gato utilizan estados coherentes de un oscilador armónico cuántico —fotones de microondas atrapados en un resonador superconductor— como sus estados lógicos 0 y 1. ^{[ 1 ]} El nombre deriva del experimento mental del gato de Schrödinger , en el que un sistema existe en una superposición de dos estados macroscópicamente distintos. ^{[ 3 ]}

Los errores en la computación cuántica generalmente ocurren como errores de inversión de bits —cambiar el estado lógico de un cúbit de 0 a 1 o viceversa— y errores de inversión de fase, que alteran la fase relativa entre estados superpuestos. ^{[ 2 ] [ 4 ]}

La propiedad clave de los cúbits de gato es que la probabilidad de un cambio de bit disminuye exponencialmente con el número de fotones en el estado coherente. ^{[ 1 ]} En arquitecturas convencionales basadas en transmon superconductores que utilizan códigos de superficie, corregir ambos tipos de errores puede requerir un número significativo de cúbits físicos para realizar un único cúbit lógico libre de errores . ^{[ 2 ]}

Los cúbits de tipo gato pueden estabilizarse frente a errores de inversión de bits acoplando el cúbit a un entorno que intercambie preferentemente pares de fotones con el sistema. Esto contrarresta de forma autónoma los efectos de algunos errores que generan inversiones de bits y garantiza que el estado cuántico permanezca dentro del subespacio corregido de errores deseado. ^{[ 5 ]}

La supresión intrínseca de los cambios de bit implica que la corrección de errores solo necesita abordar un canal de error dominante, una propiedad conocida como sesgo de ruido. Esto permite el uso de códigos de corrección de errores unidimensionales, como el código de repetición clásico, en lugar de códigos de superficie bidimensionales . ^{[ 6 ]}

Como resultado, los cúbits de gato podrían codificar un cúbit lógico en una arquitectura de hardware más eficiente para permitir un conjunto universal de operaciones lógicas totalmente protegidas, evitando al mismo tiempo la sobrecarga significativa requerida por otros códigos de corrección de errores. ^{[ 6 ]}

Este diseño sugiere que los cúbits de gato demuestran el potencial para escalar eficientemente a la corrección de errores completa y la computación cuántica tolerante a fallos . ^{[ 5 ] [ 7 ]}

En 2001 ^{[ 8 ]} , se sugirió una superposición de estados coherentes para la computación cuántica. Los cúbits de gato se propusieron por primera vez como los bloques de construcción para una computadora cuántica universal tolerante a fallos en 2001. ^{[ 9 ]}

En 2015, Devoret et al. publicaron la primera demostración experimental de cúbits de gato. ^{[ 10 ] [ 11 ]}

En 2020, los cúbits de gato en un oscilador suprimieron exponencialmente los cambios de bits, demostrando el potencial de la computación cuántica con una sobrecarga reducida. ^{[ 12 ]}

En 2024, los investigadores de Alice & Bob extendieron la vida útil de inversión de bits (la duración durante la cual un cúbit puede mantener su estado antes de experimentar un error de inversión de bits) a siete minutos. ^{[ 13 ] [ 14 ]}

En 2025, AWS desarrolló un chip que demostró un 1,65 % por ciclo para una matriz de cúbits de cinco gatos. ^{[ 3 ] [ 15 ]} Lograr este grado de supresión de errores con códigos de corrección de errores más grandes requería anteriormente decenas de cúbits adicionales. Sin embargo, el chip aún necesita abordar los errores de inversión de bits y de fase, ya que incorpora tanto transmons como cúbits de gato. ^{[ 2 ]}