Nhóm Jülich chạy cổng transmon 6,8 nano giây với độ trung thực trên 99,98%

Các nhà nghiên cứu ở Jülich, Aachen và Köln báo cáo trên Nature Communications về cổng một qubit siêu nhanh nhờ phương pháp xung triệt tiêu rò rỉ đa photon.

Trang này được dịch từ tiếng Anh. Tên công ty, sản phẩm và liên kết nguồn được giữ nguyên. Đọc bản gốc tiếng Anh

Các nhà vật lý tại Forschungszentrum Jülich, phối hợp với Đại học RWTH Aachen và Đại học Köln, đã thực hiện các phép toán một qubit trên qubit siêu dẫn trong 6,8 nano giây với độ chính xác trên 99,98%. Kết quả, đăng trên Nature Communications với tiêu đề Ultrafast single-qubit gates through multi-photon transition removal, dựa trên một cách mới để định hình xung điều khiển vi sóng. Theo thông cáo báo chí của Jülich, các phép toán như vậy thường mất vài chục nano giây trên máy siêu dẫn.

Điều gì được công bố

Hai cổng cơ bản được chạy trên một qubit transmon chế tạo tại Helmholtz Nano Facility ở Jülich, mỗi cổng được điều khiển bằng một xung vi sóng 6,8 nano giây. Độ trung thực đo được là 99,981% và 99,989%, và xác suất qubit rò rỉ lên mức năng lượng cao hơn vẫn dưới 0,002% mỗi phép toán, theo viện. Quantum Computing Report xác định các cổng là X và X/2 và cho biết độ trung thực được đo bằng đánh giá chuẩn ngẫu nhiên xen kẽ. Công trình được thực hiện trong QSOLID, liên minh quốc gia của Đức do Jülich điều phối.

Chi tiết kỹ thuật

Tốc độ quan trọng vì qubit chỉ giữ trạng thái trong thời gian ngắn: cổng nhanh hơn cho phép đưa nhiều phép toán hơn, kể cả các chu kỳ sửa lỗi, vào khoảng thời gian đó. Nhưng xung ngắn hơn phải mạnh hơn, và transmon có các mức năng lượng phía trên hai mức dùng để tính toán. Nhóm Jülich phát hiện rằng xung mạnh và nhanh có thể đẩy qubit không chỉ cao hơn một tầng mà lên hai hoặc ba tầng thông qua các chuyển tiếp đa photon, một hiệu ứng mà theo thông cáo trước đây bị bỏ qua và có thể kéo dài qua nhiều bước tính toán, gây xáo trộn sửa lỗi.

Phương pháp mới, R2D, phát triển từ DRAG, kỹ thuật hiệu chỉnh xung tiêu chuẩn được dùng hơn một thập kỷ. Nó định hình xung để lọc bỏ các thành phần tần số gây ra chuyển tiếp không mong muốn trong khi vẫn thực hiện phép toán dự định. So với phương pháp tiêu chuẩn, R2D giảm xác suất chuyển tiếp đa photon hơn 20 lần, các nhà nghiên cứu cho biết. QCR báo cáo rằng sai số cổng còn lại bị giới hạn bởi mất kết hợp chứ không phải lỗi điều khiển.

Phần thực nghiệm do Yuan Gao và Rami Barends tại PGI-13 thuộc Viện Peter Grünberg dẫn dắt, phần lý thuyết do José da Costa Jesus, Francisco Cárdenas-López và Felix Motzoi tại PGI-8 đảm nhận.

Vì sao quan trọng

Cổng nhanh hơn mà không mất độ chính xác cho các lược đồ sửa lỗi thêm dư địa trước khi qubit mất kết hợp, và triệt tiêu rò rỉ đặc biệt có giá trị vì các trạng thái bị rò rỉ rất khó xử lý với các mã tiêu chuẩn.

Điều cần theo dõi

Các nhà nghiên cứu nhấn mạnh kỹ thuật này đến nay mới chỉ được thử trên một qubit đơn lẻ, biệt lập. Các thí nghiệm tiếp theo cần cho thấy liệu nó có giữ được hiệu quả trên bộ xử lý lớn hơn, nơi nhiễu xuyên kênh và chen chúc tần số trở thành vấn đề, và trong các phép toán hai qubit hay không.