Cinco qubits de espín de silicio, excitados en paralelo con una sola línea de microondas, al ~99,9 %

Un equipo liderado por RIKEN ha excitado cinco qubits de espín de silicio al mismo tiempo a través de una única línea de microondas compartida. Mantuvo la fidelidad de las puertas de un solo qubit en torno al 99,9 %, un nivel muy utilizado como objetivo de tolerancia a fallos. En su artículo de Nature Physics, publicado en acceso abierto el 15 de octubre de 2026, los investigadores señalan que el principal responsable de la pérdida de fidelidad en la operación en paralelo es el desplazamiento Stark AC. Lo corrigen con una rutina de calibración cuyo coste crece de forma cuadrática con el número de qubits, no exponencial. El resultado se refiere a puertas de un solo qubit en una matriz de cinco qubits. No es un procesador completo, pero elimina un obstáculo concreto para compartir el hardware de control entre muchos qubits.

01El problema: buenos qubits, malos vecinos

Los qubits de espín de silicio almacenan información en el espín de electrones individuales confinados en puntos cuánticos. Su atractivo está en la fabricación: son compatibles con la fabricación industrial de semiconductores. Las fidelidades de un solo qubit superiores al 99 % son habituales, pero los autores señalan en su preprint que extender el control de alta fidelidad a la operación simultánea de varios qubits sigue siendo un gran desafío.

La operación en paralelo importa porque la corrección de errores la exige. Según el resumen que hace Quantum Computing Report del trabajo, ejecutar la corrección de errores en un procesador de silicio requiere operar sobre muchos qubits al mismo tiempo, y los qubits inactivos que esperan su turno se desfasan con rapidez. Por tanto, el control en serie no es una salida. Dotar a cada qubit de su propia línea de control dedicada tampoco resulta atractivo. El comunicado de RIKEN apunta que sistemas de control independientes para cada qubit harían difícil gestionar dispositivos mayores, y que las líneas compartidas son una vía más práctica.

El coste de compartir es que una misma línea de microondas transporta tonos para varios qubits a la vez. Los qubits de la matriz tienen distintas frecuencias de resonancia, de modo que cada tono debería actuar solo sobre su objetivo. En la práctica, la potencia de excitación fuera de resonancia sigue perturbando a los demás.

02Qué hace el desplazamiento Stark AC

El diagnóstico del equipo es que los desplazamientos Stark AC inducidos por la excitación con microondas son la principal fuente de degradación de la fidelidad en esta matriz de cinco qubits de silicio. Un campo de microondas modifica los niveles de energía efectivos de un qubit. No se trata de un error de población. Según describe RIKEN, el campo desplaza la fase del estado cuántico del qubit. Cuando se excita a otros qubits de la línea, cada qubit acumula desfases que nunca estaban destinados a él. Estos desfases hacen girar su estado y lo alejan de la puerta prevista.

El desplazamiento depende de qué otros qubits se excitan y con qué intensidad. Una solución ingenua consistiría en caracterizar todas las combinaciones de qubits activos, y el número de combinaciones crece exponencialmente con el tamaño de la matriz. El artículo afirma que su método evita el coste exponencial de una caracterización completa de la diafonía.

03Calibración por pares

El protocolo mide los desfases entre pares de qubits y usa esas mediciones para compensar cuando hay más qubits activos. El primer autor, Yi-Hsien Wu, explica que así se evita una calibración independiente para cada combinación de qubits. El preprint expresa el escalado de forma directa: la calibración escala de forma cuadrática con el número de qubits y evita el coste exponencial. Quantum Computing Report escribe el número de pares como N(N-1). Para cinco qubits son 20 pares ordenados.

El enfoque por pares implica que los desplazamientos se combinan de forma aproximadamente aditiva, de modo que los datos de los pares permiten predecir el comportamiento de varios qubits. Esta es mi interpretación del método, no una afirmación de las fuentes. El resultado con cinco qubits es una prueba de que se cumple a esta escala. Si se cumple con decenas de qubits que comparten una línea, está sin comprobar.

La calibración fue uno de tres ingredientes. El comunicado indica que el equipo también empleó un diseño de dispositivo optimizado y pulsos de microondas cuidadosamente adaptados. Quantum Computing Report menciona un conformado de pulsos con ventana de Kaiser y una excitación de un solo qubit de 125 ns. El dispositivo es una matriz de puntos cuánticos de ²⁸Si/SiGe isotópicamente purificado, y la colaboración incluye a la Universidad Nacional de Taiwán, ETH Zurich y TU Delft, además de RIKEN.

04Las cifras

La cifra de cinco qubits se describe de forma ligeramente distinta según la fuente. El resumen de RIKEN dice que la precisión se mantuvo en aproximadamente el 99,9 %. El resumen de Nature indica que las fidelidades permanecen por encima del umbral tolerante a fallos del 99,9 %, ampliamente utilizado como objetivo. El preprint la sitúa en el umbral. Yo tomaría el 99,9 % como cifra de trabajo. Los valores citados son fidelidades de las puertas primitivas X e Y, por lo que no reflejan el rendimiento de un circuito completo. Los autores lo reconocen: la fidelidad global depende también de las puertas de dos qubits, la preparación de estados, la medición y los tiempos de inactividad. Las puertas de dos qubits en silicio han ido, en general, por detrás de las de un solo qubit, y el artículo no las aborda.

Lo interesante es la caída desde más del 99,99 % con tres qubits hasta cerca del 99,9 % con cinco. La calibración elimina gran parte del error de fase, pero no todas las pérdidas. El equipo atribuye el resto a la decoherencia inducida por la excitación, un mecanismo distinto. Procede de la mayor potencia de microondas necesaria para operar varios qubits a la vez y degrada la propia coherencia, en lugar de añadir un desfase. Un desfase puede medirse y cancelarse. La coherencia perdida no puede recuperarse mediante calibración. Camenzind afirma que un mejor diseño del dispositivo podría mitigarla. Las fuentes no ofrecen un desglose cuantitativo de cuánto aporta cada mecanismo con cinco qubits, ni una proyección para matrices mayores.

05Por qué importa y qué queda abierto

La afirmación práctica tiene que ver con el cableado y la complejidad del control. Menos líneas de microondas de impedancia controlada por qubit suponen menos cableado y menos hardware a temperaturas criogénicas. Es una preocupación importante para cualquier procesador a escala de chip. El artículo concluye que las líneas de control compartidas pueden respaldar el desarrollo de procesadores cuánticos de semiconductores a gran escala. Seigo Tarucha, de RIKEN, que dirige un proyecto de computación cuántica en silicio dentro del Moonshot Goal 6 de JST en Japón, considera el control paralelo fiable un paso esencial hacia una máquina tolerante a fallos.

Varias cuestiones siguen abiertas:

• Escala. Cinco qubits es una matriz pequeña. La calibración por pares es polinómica, pero la potencia de excitación, el apiñamiento de frecuencias y la penalización por decoherencia aumentan con el número de qubits.
• Operaciones de dos qubits y de lectura. No formaron parte de la demostración. La fidelidad del circuito completo vendrá determinada por la operación más débil.
• Decoherencia inducida por la excitación. Es ahora el límite reconocido y debe reducirse mediante el diseño del dispositivo.
• Estabilidad. La calibración solo es útil si los desfases se mantienen estables entre recalibraciones. Las fuentes no informan de deriva.

06Un enfoque relacionado en otra plataforma

Un resultado independiente de la Universidad de Osaka, publicado en npj Quantum Information, aborda el equilibrio entre velocidad y ruido en qubits de espín de GaAs. Los investigadores añadieron un tercer punto cuántico sintonizable eléctricamente a un qubit de modo flopping. Alcanzaron frecuencias de excitación superiores a 100 MHz, y de 271 ± 20 MHz en una de las condiciones de sintonización. Con realimentación basada en aprendizaje automático sobre la deriva lenta de la frecuencia, elevaron el tiempo de desfase estimado de unos 52 ns a 580 ns. Midieron una fidelidad del 99,56 % para una puerta de 4 ns, que sube al 99,72 % con optimización de pulsos. Es otro sistema de materiales y otro cuello de botella, y su fidelidad queda bastante por debajo de las cifras de RIKEN. El hilo común es la capacidad de sintonización tras la fabricación, que según el grupo de Osaka podría ayudar a corregir la variación entre dispositivos. Ambos trabajos consideran que la ingeniería de control, y no solo la calidad de los qubits, es la principal barrera para escalar los qubits de semiconductores.

El resultado de RIKEN muestra que, en una matriz de cinco qubits de silicio, buena parte del error de la excitación en paralelo era un efecto de fase calibrable y no un límite fundamental. El error restante procede de la decoherencia inducida por la excitación.