Sandia dan Quantinuum mengkarakterisasi penuh set gerbang qubit logis dengan ‘GST logis’

Peneliti dari Sandia National Laboratories dan Quantinuum mengadaptasi salah satu alat paling menyeluruh untuk mendiagnosis galat qubit, yaitu tomografi set gerbang (gate set tomography, GST), agar dapat bekerja pada qubit logis yang terkoreksi galat, bukan hanya pada qubit fisik. Dalam pracetak berjudul Logical gate set tomography, tim beranggotakan 14 penulis memaparkan apa yang mereka sebut sebagai karakterisasi pertama yang lengkap dan konsisten secara internal atas set universal gerbang logis satu qubit, yang dijalankan pada System Model H1 milik Quantinuum, prosesor perangkap ion 20 qubit.

Apa yang diumumkan

Metode yang disingkat ‘GST logis’ ini dirancang untuk menjawab pertanyaan yang tidak terjawab oleh tingkat galat sederhana: derau seperti apa yang tersisa setelah koreksi galat kuantum menjalankan tugasnya? Menurut makalah tersebut, GST logis membangun model terperinci dari operasi logis yang berderau. Dari model itu, peneliti dapat menurunkan besaran seperti fidelitas gerbang dan jarak berlian, serta menguji galat koheren dan efek non-Markov, yakni ketika derau bergantung pada apa yang terjadi sebelumnya dalam komputasi.

Seperti dijelaskan Quantum Computing Report, eksperimen ini merupakan kampanye pengukuran terakhir yang dijalankan pada mesin H1-1. Qubit logis dikodekan dalam kode Steane tujuh qubit, dan tim menggunakan koreksi galat aktif dengan umpan maju waktu nyata, menerapkan pulsa koreksi fisik pada ion alih-alih hanya melacak koreksi di perangkat lunak. Set yang dikarakterisasi mencakup persiapan keadaan logis, pengukuran, gerbang Clifford H dan S, siklus diam dan koreksi galat, serta gerbang T non-Clifford yang diterapkan melalui injeksi keadaan ajaib dan teleportasi.

Dapatkan newsletter DesignQuantum

Berita dan artikel penjelas gratis tentang komputasi kuantum, dengan setiap klaim ditautkan ke sumbernya. Pilih harian, mingguan, atau bulanan.

Website

Alamat email FrekuensiHarianMingguanBulanan BahasaEnglishEspañol简体中文हिन्दीالعربيةPortuguês (Brasil)FrançaisDeutsch日本語Русский한국어Bahasa IndonesiaTürkçeItalianoTiếng ViệtPolskiNederlandsไทยفارسیУкраїнськаবাংলাاردوKiswahiliBahasa Melayuעברית Berlangganan gratis

Gratis. Berhenti berlangganan dengan satu klik kapan saja. Kebijakan privasi

Detail teknis

Makalah melaporkan bahwa data perangkat keras sebagian besar menunjukkan galat logis stokastik Pauli (pembalikan bit dan fase acak), tanpa bukti non-Markovianitas logis dan hanya tanda lemah galat logis koheren. QCR melaporkan estimasi infidelitas keterbelitan sekitar 0,2% hingga 1,7% untuk gerbang logis, dengan rentang galat lebar karena hanya 50 eksekusi yang diambil per sirkuit.

Untuk melihat lebih dalam, para penulis menjalankan protokol yang sama dengan jauh lebih banyak eksekusi pada emulator sistem terperinci milik Quantinuum. Di sana, menurut abstraknya, GST logis menemukan non-Markovianitas yang lemah namun signifikan secara statistik dan bukti kuat galat logis koheren. Dengan menyalakan dan mematikan sumber galat satu per satu di emulator, tim melacak bagaimana galat fisik tertentu membentuk galat logis. QCR melaporkan bahwa dephasing selama transportasi dan pendinginan ion menjadi penyebab utama pergeseran logis koheren, dan perilaku non-Markov dapat muncul dari siklus ekstraksi sindrom itu sendiri meskipun derau fisiknya Markov.

Mengapa penting

Teorema ambang dan dekoder biasanya mengasumsikan bahwa koreksi galat mengubah derau fisik yang rumit menjadi galat Pauli yang sederhana dan independen. GST logis memberi tim perangkat keras cara untuk menguji asumsi itu langsung pada qubit terkode, bukan menyimpulkannya secara tidak langsung. Hasil H1 sebagian besar mendukung gambaran derau sederhana, sementara hasil emulator menunjukkan galat halus dan terstruktur yang bisa menjadi penting seiring membesarnya mesin.

Yang perlu dicermati

Karya ini masih berupa pracetak dan belum ditinjau sejawat. Pertanyaan terbuka mencakup apakah metode ini dapat diskalakan ke set gerbang logis multi-qubit dan kode yang lebih besar, serta apakah kelompok perangkat keras akan rutin menggunakannya pada sistem yang lebih baru seperti Helios milik Quantinuum.