Команда з Юліха виконала вентилі на трансмоні за 6,8 нс із точністю понад 99,98%

Дослідники з Юліха, Ахена і Кельна повідомляють у Nature Communications про надшвидкі однокубітні вентилі з методом імпульсів, що пригнічує багатофотонний витік.

Цю сторінку перекладено з англійської. Назви компаній і продуктів, а також посилання на джерела залишено без змін. Читати оригінал англійською

Фізики з Forschungszentrum Jülich спільно з RWTH Aachen University і Кельнським університетом виконали однокубітні операції на надпровідному кубіті за 6,8 наносекунди з точністю понад 99,98%. Результат, опублікований у Nature Communications під назвою Ultrafast single-qubit gates through multi-photon transition removal, ґрунтується на новому способі формування керувальних мікрохвильових імпульсів. Згідно з пресрелізом Юліха, у надпровідних машинах такі операції зазвичай тривають кілька десятків наносекунд.

Що оголошено

Два базові вентилі виконано на одному трансмонному кубіті, виготовленому в Helmholtz Nano Facility в Юліху, кожен — за допомогою мікрохвильового імпульсу тривалістю 6,8 наносекунди. Виміряна точність становила 99,981% і 99,989%, а ймовірність витоку кубіта на вищий енергетичний рівень залишалася нижчою за 0,002% на операцію, повідомляє інститут. Quantum Computing Report називає вентилі X і X/2 і повідомляє, що точність вимірювали методом черговного рандомізованого бенчмаркінгу. Роботу виконано в межах QSOLID — німецького національного консорціуму, який координує Юліх.

Технічні деталі

Швидкість важлива, бо кубіти зберігають стан лише короткий час: швидші вентилі дають змогу вмістити в це вікно більше операцій, зокрема цикли корекції помилок. Але короткі імпульси мають бути сильнішими, а трансмони мають енергетичні рівні вище двох, що використовуються для обчислень. Команда з Юліха виявила, що сильні швидкі імпульси можуть підняти кубіт не на один «поверх» вище, а на два чи три — через багатофотонні переходи. Цей ефект, за даними пресрелізу, раніше не помічали; він може зберігатися протягом кількох кроків обчислення і заважати корекції помилок.

Новий метод R2D розвиває DRAG — стандартну техніку корекції імпульсів, що застосовується понад десять років. Він формує імпульси так, щоб відфільтрувати частотні компоненти, які спричиняють небажані переходи, зберігаючи при цьому потрібну операцію. Порівняно зі стандартним методом R2D знижує ймовірність багатофотонних переходів більш ніж у 20 разів, стверджують дослідники. QCR повідомляє, що залишкова помилка вентиля обмежена декогеренцією, а не помилками керування.

Експериментальну частину очолювали Юань Гао і Рамі Барендс у PGI-13 Інституту Петера Грюнберга, теорію розробили Жозе да Кошта Жезуш, Франсиско Карденас-Лопес і Фелікс Моцої з PGI-8.

Чому це важливо

Швидші вентилі без втрати точності дають схемам корекції помилок більше запасу до декогеренції кубітів, а пригнічення витоку особливо цінне, оскільки «витеклі» стани погано піддаються стандартним кодам.

На що звернути увагу

Дослідники наголошують, що поки методику перевірено лише на одному ізольованому кубіті. Подальші експерименти мають показати, чи збережеться вона у більших процесорах, де проблемою стають перехресні завади й частотна тіснота, а також у двокубітних операціях.