ทีมยือลิชรันเกตทรานส์มอน 6.8 นาโนวินาทีด้วยความเที่ยงตรงเกิน 99.98%

นักวิจัยจากยือลิช อาเคิน และโคโลญ รายงานใน Nature Communications ถึงเกตคิวบิตเดียวความเร็วสูงพิเศษด้วยวิธีพัลส์ที่กดการรั่วแบบหลายโฟตอน

หน้านี้แปลจากภาษาอังกฤษ โดยชื่อบริษัท ชื่อผลิตภัณฑ์ และลิงก์แหล่งข้อมูลยังคงเดิม อ่านต้นฉบับภาษาอังกฤษ

นักฟิสิกส์ที่ Forschungszentrum Jülich ร่วมกับมหาวิทยาลัย RWTH อาเคินและมหาวิทยาลัยโคโลญ ได้ดำเนินการคิวบิตเดียวบนคิวบิตตัวนำยวดยิ่งใน 6.8 นาโนวินาทีด้วยความแม่นยำเกิน 99.98% ผลงานที่ตีพิมพ์ใน Nature Communications ชื่อ Ultrafast single-qubit gates through multi-photon transition removal อาศัยวิธีใหม่ในการขึ้นรูปพัลส์ควบคุมไมโครเวฟ ตามข่าวประชาสัมพันธ์ของยือลิช การดำเนินการลักษณะนี้ในอุปกรณ์ตัวนำยวดยิ่งปกติใช้เวลาหลายสิบนาโนวินาที

สิ่งที่ประกาศ

มีการดำเนินการเกตพื้นฐานสองเกตบนคิวบิตทรานส์มอนตัวเดียวที่ผลิตใน Helmholtz Nano Facility ของยือลิช แต่ละเกตขับด้วยพัลส์ไมโครเวฟ 6.8 นาโนวินาที ความเที่ยงตรงที่วัดได้คือ 99.981% และ 99.989% และความน่าจะเป็นที่คิวบิตจะรั่วไปยังระดับพลังงานที่สูงกว่าต่ำกว่า 0.002% ต่อการดำเนินการ ตามที่สถาบันระบุ Quantum Computing Report ระบุว่าเกตทั้งสองคือ X และ X/2 และความเที่ยงตรงวัดด้วยการวัดเปรียบเทียบแบบสุ่มสอดแทรก งานนี้ทำภายใต้ QSOLID กลุ่มความร่วมมือระดับชาติของเยอรมนีที่ยือลิชเป็นผู้ประสานงาน

รายละเอียดทางเทคนิค

ความเร็วสำคัญเพราะคิวบิตคงสถานะได้เพียงช่วงสั้น ๆ เกตที่เร็วขึ้นช่วยให้ใส่การดำเนินการได้มากขึ้น รวมถึงรอบการแก้ไขข้อผิดพลาด ในช่วงเวลานั้น แต่พัลส์ที่สั้นลงต้องแรงขึ้น และทรานส์มอนมีระดับพลังงานเหนือสองระดับที่ใช้ในการคำนวณ ทีมยือลิชพบว่าพัลส์ที่แรงและเร็วสามารถผลักคิวบิตไม่ใช่แค่ขึ้นไปหนึ่งชั้นเกินควร แต่สองหรือสามชั้นผ่านการเปลี่ยนสถานะแบบหลายโฟตอน ผลกระทบที่ข่าวประชาสัมพันธ์ระบุว่าเคยถูกมองข้าม และอาจคงอยู่ข้ามหลายขั้นการคำนวณจนรบกวนการแก้ไขข้อผิดพลาด

วิธีใหม่ R2D ต่อยอดจาก DRAG เทคนิคแก้ไขพัลส์มาตรฐานที่ใช้มากว่าทศวรรษ โดยขึ้นรูปพัลส์ให้กรององค์ประกอบความถี่ที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนสถานะที่ไม่ต้องการออก ขณะยังคงทำการดำเนินการที่ตั้งใจไว้ เมื่อเทียบกับวิธีมาตรฐาน R2D ลดความน่าจะเป็นของการเปลี่ยนสถานะแบบหลายโฟตอนได้มากกว่า 20 เท่า ตามที่นักวิจัยระบุ QCR รายงานว่าข้อผิดพลาดของเกตที่เหลือถูกจำกัดโดยการสูญเสียโคฮีเรนซ์ ไม่ใช่ข้อผิดพลาดในการควบคุม

งานทดลองนำโดย Yuan Gao และ Rami Barends ที่ PGI-13 ของสถาบัน Peter Grünberg ส่วนทฤษฎีมาจาก José da Costa Jesus, Francisco Cárdenas-López และ Felix Motzoi ที่ PGI-8

เหตุใดจึงสำคัญ

เกตที่เร็วขึ้นโดยไม่เสียความแม่นยำทำให้แบบแผนการแก้ไขข้อผิดพลาดมีช่องว่างมากขึ้นก่อนที่คิวบิตจะสูญเสียโคฮีเรนซ์ และการกดการรั่วมีคุณค่าเป็นพิเศษ เพราะรหัสมาตรฐานจัดการกับสถานะที่รั่วออกไปได้ยาก

สิ่งที่ต้องติดตาม

นักวิจัยเน้นว่าจนถึงตอนนี้เทคนิคนี้ทดสอบบนคิวบิตเดี่ยวที่แยกอิสระเท่านั้น การทดลองต่อไปต้องแสดงว่ายังใช้ได้ในโปรเซสเซอร์ที่ใหญ่ขึ้น ซึ่งครอสทอล์กและความแออัดของความถี่กลายเป็นปัญหา และในการดำเนินการสองคิวบิต