Однократное измерение повышает надежность квантовых битов
Исследователи из Регенсбургского университета и их международные партнеры нашли способ значительно уменьшить ошибки в квантовых битах. Экспериментально было показано, что одно дополнительное измерение перед серией квантовых операций может снизить частоту ошибок более чем вдвое. Результаты опубликованы в журнале Applied Physics Reviews. В данной работе кубит представлял собой крошечную сверхпроводящую электрическую схему на чипе, управляемую с помощью микроволновых сигналов, где резонансная частота неконтролируемо переключалась между двумя известными значениями.
Фото. Главным препятствием на пути разработки квантовых компьютеров является магнитный и электрический шум, мешающий квантовым эффектам. Для решения этой проблемы квантовый процессор охлаждается внутри криостата, при этом сам процессор располагается у его основания. Фото: Нир Альфаси, IQCC
Если музыкальный инструмент немного расстраивается, те же самые движения уже не будут точно воспроизводить желаемые ноты. Аналогично, когда изменяется резонансная частота кубита, управляющие сигналы становятся менее точными, и вероятность ошибок возрастает.
Физики разработали технику, которая позволяет им определить, какая частота активна, прежде чем выполнять последовательность квантовых операций. Для этого сначала подготавливают кубит в квантовом состоянии и позволяют ему эволюционировать в течение короткого периода времени. Эволюция зависит от того, какая резонансная частота присутствует. Затем окончательное измерение предоставляет информацию, необходимую для различения двух возможностей. Полученный результат немедленно используется для корректировки последующих управляющих сигналов. Такой подход известен как обратная связь, поскольку информация, полученная в результате измерения, напрямую подается обратно в систему управления. Предыдущие исследования уже показали, что можно различить две возможные частоты такого кубита.
Эксперименты проводились с использованием сверхпроводящей квантовой схемы в Израильском центре квантовых вычислений. Данные измерений обрабатывались в режиме реального времени, что позволяло немедленно обновлять управляющие сигналы. Для оценки эффективности метода учёные сравнили производительность кубита с обратной связью и без нее. Без корректировки качество квантовых операций значительно колебалось со временем. С включенной обратной связью кубит работал стабильно и с высокой точностью.
По итогу средний уровень ошибок снизился примерно с 0,14% до 0,065%, что соответствует уменьшению примерно на 54%. По сравнению с наибольшей ошибкой, наблюдаемой без обратной связи, снижение достигло 77%.
В настоящее время метод работает при определенных условиях. Возможные частоты должны быть известны заранее и достаточно отличаться друг от друга. Кроме того, частота должна оставаться стабильной достаточно долго, чтобы обновленные управляющие сигналы оказали влияние.
