Harvard & QuEra: 48 cúbits lógicos con circuitos lógicos complejos con detección de errores

El grupo de investigación Lukin de la Universidad Harvard demostró 48 cúbits lógicos simultáneos utilizando hasta 280 átomos neutros de ⁸⁷Rb, integrando escalado de código de superficie, algoritmos tolerantes a fallos y circuitos complejos no Clifford en una sola arquitectura — la primera demostración de computación cuántica temprana con corrección de errores.

En diciembre de 2023, el grupo del profesor Mikhail Lukin de la Universidad Harvard publicó en Nature resultados destacados demostrando un procesador de cúbits lógicos de átomos neutros reconfigurables. La colaboración involucró investigadores de Harvard, MIT, Caltech y NIST/Universidad de Maryland, con QuEra Computing teniendo un interés financiero.

Utilizando una matriz de átomos neutros reconfigurables basada en AOD con una arquitectura zonada (tres zonas: almacenamiento, entrelazamiento y lectura), el equipo activó simultáneamente 48 cúbits lógicos a través de 16 bloques de código [[8,3,2]] (128 cúbits físicos). Ejecutaron un circuito de muestreo de conectividad hipercubo 4D que contenía 228 puertas lógicas de dos cúbits y 48 puertas lógicas CCZ. Por separado, también se implementaron 40 cúbits lógicos usando códigos de color 2D ([[7,1,3]]) con 280 cúbits físicos.

Se demostraron tres logros clave:

Operación por debajo del umbral: Para códigos de superficie a distancias d=3 a d=7, se observó que las tasas de error Bell lógicas mediante puertas CNOT transversales disminuyen con el aumento de la distancia del código, confirmando la operación por debajo del umbral.
Preparación de estado tolerante a fallos: Se logró una fidelidad de inicialización de 99,91% para el estado de cúbit lógico |0_L⟩ — superando la fidelidad de puerta de cúbit físico (99,5%). Se registró una fidelidad de estado GHZ de 4 cúbits lógicos de 99,85%.
Puertas universales no Clifford: Las puertas CCZ se implementaron transversalmente usando rotaciones físicas T·S dentro del código [[8,3,2]], realizando puertas universales no Clifford. Con detección de errores aplicada, la puntuación XEB mejoró aproximadamente 10× en comparación con implementaciones de cúbits físicos de escala comparable.

Estos resultados representan la primera demostración de Computación Cuántica Temprana con Corrección de Errores (Early ECQC): mediante el co-diseño de códigos correctores de errores y algoritmos cuánticos, se demuestra que la codificación lógica puede mejorar sustancialmente el rendimiento de los algoritmos — un hito clave en el camino hacia la computación cuántica tolerante a fallos y escalable.