Demostración de qubits lógicos entrelazados de alta fidelidad usando transmons

Mantener vivos los frágiles vínculos cuánticos

Los ordenadores cuánticos prometen resolver problemas que superan a los superordenadores actuales, pero sus elementos básicos —los qubits— son notoriamente frágiles. Incluso pequeñas perturbaciones del entorno pueden desordenar las conexiones delicadas, o entrelazamiento, que dan poder a los dispositivos cuánticos. Este artículo muestra una forma de mantener pares de qubits codificados, o “lógicos”, entrelazados mucho más tiempo del que permitiría el hardware desnudo, usando una combinación ingeniosa de dos estrategias de protección probadas en los procesadores transmon superconductores de IBM.

Por qué la protección ordinaria no basta

La corrección de errores cuánticos estándar almacena información en varios qubits físicos para que pequeños deslices puedan detectarse y, en principio, corregirse. Pero todo código corrector de errores tiene puntos ciegos: algunos patrones de error se parecen a operaciones legítimas sobre los datos codificados y se cuelan como “errores lógicos” indetectables. A medida que los procesadores cuánticos escalan, las interacciones no deseadas entre qubits vecinos —especialmente un tipo de perturbación de dos qubits llamada diafonía— pueden crear exactamente estos patrones peligrosos. La cura habitual es hacer los códigos más grandes y complejos, lo que rápidamente se vuelve caro en hardware y en la sobrecarga de control.

Combinar dos escudos en uno

Los autores proponen una estrategia híbrida que mantiene el código pequeño mientras reduce en gran medida sus puntos ciegos. Parten de un código compacto de detección de errores de cuatro qubits, a menudo escrito como [[4,2,2]], que codifica dos qubits lógicos en cuatro físicos. Además de esto, aplican desacoplo dinámico, una técnica en la que se aplican pulsos de control rápidos y cuidadosamente diseñados a los qubits para cancelar los efectos del ruido a lo largo del tiempo. La clave es que estos pulsos no son arbitrarios: se eligen a partir de las propias operaciones de simetría del código, llamadas elementos del “normalizador”. Al pulsar con estas operaciones conscientes del código —un enfoque que los autores denominan desacoplo dinámico del normalizador— pueden promediar exactamente aquellas perturbaciones que, de otro modo, se harían pasar por errores lógicos, sin abandonar el subespacio codificado.

Poner la idea a prueba en hardware real

Para comprobar si este esquema protege realmente la información, el equipo se centró en uno de los recursos más delicados en computación cuántica: los pares de Bell entrelazados. Usaron el código de cuatro qubits para codificar dos qubits lógicos y prepararlos en estados de Bell entrelazados, y luego dejaron el sistema inactivo en los chips transmon de 127 qubits de IBM. Decodificando deliberadamente en distintos estados de Bell y leyendo los cuatro qubits físicos, pudieron determinar si habían ocurrido errores lógicos específicos y, por separado, seguir las fallas físicas ordinarias. También rellenaron los periodos de inactividad en los circuitos de codificación y decodificación con secuencias físicas de desacoplo dinámico bien conocidas, de modo que cualquier mejora adicional pudiera atribuirse a los nuevos pulsos a nivel lógico. Este diseño cuidadoso les permitió distinguir entre la protección de qubits individuales y la supresión genuina de errores lógicos en el código.

¿Cuánta protección extra obtenemos?

En dispositivos donde los transmons vecinos se influyen constantemente entre sí, la diafonía arruinó rápidamente pares de Bell lógicos sin protección: su fidelidad, una medida de cuán cercano está el estado final al estado entrelazado objetivo, cayó hasta alrededor del 20% en unos 10 microsegundos y mostró oscilaciones impulsadas por esas interacciones no deseadas. El desacoplo dinámico físico por sí solo mejoró la situación, pero aún dejó errores lógicos considerables. Cuando los investigadores activaron sus secuencias de pulsos conscientes del código, afinadas para cancelar los canales de error dominantes y robustecidas frente a imperfecciones de control, los pares de Bell lógicos se comportaron mucho mejor. En tiempos de almacenamiento de hasta 55 microsegundos, la mejor versión del esquema mantuvo fidelidades medias de Bell codificadas en el rango del 90–95% una vez que también usaron la detección de errores incorporada del código para descartar ejecuciones con fallas físicas evidentes, y seguían por encima del 80% incluso sin centrarse en el mejor conjunto de qubits. En contraste, el mejor par de Bell no codificado en el mismo hardware, incluso con desacoplo dinámico físico intenso, decaía hasta alrededor del 70% de fidelidad en el mismo periodo.

Más allá del punto de equilibrio

El mensaje central es que un par entrelazado de qubits lógicos, protegido por este híbrido de detección de errores y desacoplo dinámico del normalizador, sobrevive mejor que cualquier par comparable sin protección o solo protegido físicamente —lo que los autores llaman rendimiento más allá del punto de equilibrio. El método no solo frena los errores lógicos, sino que también reduce la tasa de fallos físicos detectables, lo que disminuye el coste de descartar ejecuciones defectuosas. Dado que los patrones de pulsos dependen únicamente de un pequeño conjunto de simetrías del código en lugar del tamaño del código, el enfoque puede, en principio, escalar a arquitecturas mayores sin explotar la complejidad. Por tanto, este trabajo ofrece una receta práctica para mantener los frágiles vínculos cuánticos intactos el tiempo suficiente para que sean útiles en algoritmos reales y en máquinas tolerantes a fallos de mayor tamaño.

Cita: Vezvaee, A., Tripathi, V., Morford-Oberst, M. et al. Demonstration of high-fidelity entangled logical qubits using transmons. Nat Commun 17, 3281 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70011-3

Palabras clave: corrección de errores cuánticos, desacoplo dinámico, qubits lógicos, transmons superconductores, entrelazamiento