تیم یولیش گیت‌های ترانسمون ۶٫۸ نانوثانیه‌ای با وفاداری بیش از ۹۹٫۹۸٪ اجرا کرد

پژوهشگرانی از یولیش، آخن و کلن در Nature Communications از گیت‌های تک‌کیوبیتی فوق‌سریع با روشی پالسی خبر می‌دهند که نشت چندفوتونی را سرکوب می‌کند.

این صفحه از انگلیسی ترجمه شده است. نام شرکت‌ها، محصولات و پیوندهای منابع بدون تغییر باقی مانده‌اند. خواندن نسخه اصلی انگلیسی

فیزیک‌دانان Forschungszentrum Jülich با همکاری دانشگاه RWTH آخن و دانشگاه کلن، عملیات تک‌کیوبیتی را روی یک کیوبیت ابررسانا در ۶٫۸ نانوثانیه و با دقتی بیش از ۹۹٫۹۸٪ اجرا کرده‌اند. این نتیجه که با عنوان Ultrafast single-qubit gates through multi-photon transition removal در Nature Communications منتشر شده، بر روشی تازه برای شکل‌دهی پالس‌های کنترلی ریزموج تکیه دارد. به گفته بیانیه مطبوعاتی یولیش، چنین عملیاتی در دستگاه‌های ابررسانا معمولاً چند ده نانوثانیه طول می‌کشد.

چه چیزی اعلام شد

دو گیت پایه روی یک کیوبیت ترانسمون ساخته‌شده در Helmholtz Nano Facility یولیش اجرا شد که هر کدام با یک پالس ریزموج ۶٫۸ نانوثانیه‌ای هدایت می‌شد. به گفته مؤسسه، وفاداری‌های اندازه‌گیری‌شده ۹۹٫۹۸۱٪ و ۹۹٫۹۸۹٪ بود و احتمال نشت کیوبیت به تراز انرژی بالاتر در هر عملیات زیر ۰٫۰۰۲٪ ماند. Quantum Computing Report این گیت‌ها را X و X/2 معرفی می‌کند و می‌گوید وفاداری‌ها با محک‌زنی تصادفی درهم‌آمیخته اندازه‌گیری شدند. این کار در چارچوب QSOLID، کنسرسیوم ملی آلمان به هماهنگی یولیش، انجام شد.

جزئیات فنی

سرعت اهمیت دارد چون کیوبیت‌ها حالت خود را فقط مدت کوتاهی حفظ می‌کنند: گیت‌های سریع‌تر اجازه می‌دهند عملیات بیشتری، از جمله چرخه‌های تصحیح خطا، در آن بازه زمانی بگنجد. اما پالس‌های کوتاه‌تر باید قوی‌تر باشند و ترانسمون‌ها بالاتر از دو ترازی که برای محاسبه به کار می‌روند ترازهای انرژی دیگری هم دارند. تیم یولیش دریافت که پالس‌های قوی و سریع می‌توانند کیوبیت را نه‌فقط یک طبقه بیش از حد بالا ببرند، بلکه از طریق گذارهای چندفوتونی دو یا سه طبقه بالاتر بفرستند؛ اثری که به گفته بیانیه پیش‌تر نادیده گرفته شده بود و می‌تواند در چند گام محاسبه باقی بماند و تصحیح خطا را مختل کند.

روش جدید R2D بر پایه DRAG ساخته شده، فن استاندارد اصلاح پالس که بیش از یک دهه به کار رفته است. این روش پالس‌ها را طوری شکل می‌دهد که مؤلفه‌های بسامدی ایجادکننده گذارهای ناخواسته فیلتر شوند و در عین حال عملیات موردنظر انجام شود. به گفته پژوهشگران، R2D در مقایسه با روش استاندارد احتمال گذارهای چندفوتونی را بیش از ۲۰ برابر کاهش می‌دهد. QCR گزارش می‌دهد که خطای باقیمانده گیت را واهمدوسی محدود می‌کند، نه خطاهای کنترلی.

کار تجربی را Yuan Gao و Rami Barends در PGI-13 مؤسسه Peter Grünberg رهبری کردند و بخش نظری را José da Costa Jesus، Francisco Cárdenas-López و Felix Motzoi از PGI-8 انجام دادند.

چرا مهم است

گیت‌های سریع‌تر بدون از دست رفتن دقت، پیش از واهمدوسی کیوبیت‌ها حاشیه بیشتری به طرح‌های تصحیح خطا می‌دهند، و سرکوب نشت به‌ویژه ارزشمند است چون کدهای استاندارد به‌سختی از پس حالت‌های نشت‌کرده برمی‌آیند.

چه چیزی را باید دنبال کرد

پژوهشگران تأکید می‌کنند که این فن تاکنون فقط روی یک کیوبیت منفرد و جداافتاده آزموده شده است. آزمایش‌های بعدی باید نشان دهند که آیا در پردازنده‌های بزرگ‌تر، جایی که هم‌شنوایی و ازدحام بسامدی مشکل‌ساز می‌شود، و در عملیات دوکیوبیتی نیز کارایی دارد یا نه.