Команда из Юлиха выполнила вентили на трансмоне за 6,8 нс с точностью выше 99,98%

Исследователи из Юлиха, Ахена и Кёльна сообщают в Nature Communications о сверхбыстрых однокубитных вентилях с методом импульсов, подавляющим многофотонную утечку.

Эта страница переведена с английского. Названия компаний и продуктов, а также ссылки на источники оставлены без изменений. Читать оригинал на английском

Физики из Forschungszentrum Jülich совместно с RWTH Aachen University и Кёльнским университетом выполнили однокубитные операции на сверхпроводящем кубите за 6,8 наносекунды с точностью выше 99,98%. Результат, опубликованный в Nature Communications под названием Ultrafast single-qubit gates through multi-photon transition removal, основан на новом способе формирования управляющих микроволновых импульсов. Согласно пресс-релизу Юлиха, в сверхпроводящих машинах такие операции обычно занимают несколько десятков наносекунд.

Что объявлено

Два базовых вентиля были выполнены на одном трансмонном кубите, изготовленном в Helmholtz Nano Facility в Юлихе, каждый — с помощью микроволнового импульса длительностью 6,8 наносекунды. Измеренная точность составила 99,981% и 99,989%, а вероятность утечки кубита на более высокий энергетический уровень оставалась ниже 0,002% на операцию, сообщает институт. Quantum Computing Report называет вентили X и X/2 и сообщает, что точность измерялась методом чередующегося рандомизированного бенчмаркинга. Работа выполнена в рамках QSOLID — немецкого национального консорциума, координируемого Юлихом.

Технические детали

Скорость важна, потому что кубиты сохраняют состояние лишь короткое время: более быстрые вентили позволяют уместить в это окно больше операций, включая циклы коррекции ошибок. Но короткие импульсы должны быть сильнее, а у трансмонов есть энергетические уровни выше двух, используемых для вычислений. Команда из Юлиха обнаружила, что сильные быстрые импульсы могут поднять кубит не на один «этаж» выше, а на два или три — через многофотонные переходы. Этот эффект, по данным пресс-релиза, ранее упускали из виду; он может сохраняться на протяжении нескольких шагов вычисления и мешать коррекции ошибок.

Новый метод R2D развивает DRAG — стандартную технику коррекции импульсов, применяемую более десяти лет. Он формирует импульсы так, чтобы отфильтровать частотные компоненты, вызывающие нежелательные переходы, сохраняя при этом нужную операцию. По сравнению со стандартным методом R2D снижает вероятность многофотонных переходов более чем в 20 раз, утверждают исследователи. QCR сообщает, что оставшаяся ошибка вентиля ограничена декогеренцией, а не ошибками управления.

Экспериментальную часть возглавляли Юань Гао и Рами Барендс в PGI-13 Института Петера Грюнберга, теорию разработали Жозе да Кошта Жезуш, Франсиско Карденас-Лопес и Феликс Моцои из PGI-8.

Почему это важно

Более быстрые вентили без потери точности дают схемам коррекции ошибок больше запаса до декогеренции кубитов, а подавление утечки особенно ценно, поскольку «утёкшие» состояния плохо поддаются стандартным кодам.

На что обратить внимание

Исследователи подчёркивают, что пока методика проверена только на одном изолированном кубите. Дальнейшие эксперименты должны показать, сохранится ли она в более крупных процессорах, где проблемой становятся перекрёстные помехи и частотная теснота, а также в двухкубитных операциях.