Badacze osiągnęli wysoką wierność bramki, sięgającą 99,98%, dzięki zastosowaniu nowego sprzęgacza podwójnego transmonu. Rozwój ten wzmacnia obliczenia kwantowe wydajność i wspiera rozwój w kierunku systemów odpornych na awarie.
Naukowcy z RIKEN Center for Quantum Computing i firmy Toshiba opracowali bramkę komputera kwantowego wykorzystującą sprzęgacz podwójnego transmonu (DTC) – urządzenie proponowane wcześniej teoretycznie w celu znacznego zwiększenia wierności bramek kwantowych. Dzięki tej innowacji zespół osiągnął wierność na poziomie 99,92% w przypadku urządzenia z dwoma kubitami, znanego jako bramka CZ i 99,98% w przypadku bramki z jednym kubitem.
Ten kamień milowy, stanowiący część projektu Q-LEAP, nie tylko poprawia wydajność hałaśliwych urządzeń kwantowych średniej skali (NISQ), ale także kładzie podwaliny pod odporne na błędy obliczenia kwantowe dzięki skuteczniejszej korekcji błędów.
Zwiększona wierność bramki dzięki DTC
DTC to nowatorski przestrajalny sprzęgacz składający się z dwóch transmonów o stałej częstotliwości — rodzaju kubitu zaprojektowanego tak, aby był mniej wrażliwy na szum powodowany przez ładunek — połączonych poprzez pętlę zawierającą dodatkowe złącze Josephsona. Architektura ta odpowiada na kluczowe wyzwanie w obliczeniach kwantowych: osiągnięcie wysokiej jakości połączeń między kubitami. Wysoka wierność ma kluczowe znaczenie dla ograniczenia błędów i zwiększenia niezawodności obliczeń kwantowych.
DTC wyróżnia się minimalizacją interakcji resztkowych, umożliwiając jednocześnie szybkie i dokładne operacje na bramkach dwukubitowych, nawet w przypadku kubitów ze znacznymi różnicami częstotliwości (rozstrojenie). Podczas gdy bramki jednokubitowe osiągnęły poziom wierności 99,9%, bramki dwukubitowe miały zazwyczaj współczynnik błędów wynoszący 1% lub więcej, głównie z powodu niepożądanych interakcji kubitów, takich jak interakcja ZZ. Podejście DTC bezpośrednio rozwiązuje te problemy, co stanowi poważny postęp w technologii bramek kwantowych.
Optymalizacja korekcji błędów kwantowych
Klucz do aktualnej pracy, opublikowany w Przegląd fizyczny Xto konstrukcja bramy z wykorzystaniem najnowocześniejszych technik produkcyjnych z wykorzystaniem rodzaju uczenie maszynowe znane jako uczenie się przez wzmacnianie. Takie podejście pozwoliło naukowcom przełożyć teoretyczny potencjał DTC na praktyczne zastosowanie. Zastosowali to podejście, aby osiągnąć równowagę między dwoma rodzajami pozostałego błędu — błędem wycieku i błędem dekoherencji — które pozostały w systemie, wybierając długość 48 nanosekund jako optymalny kompromis między dwoma źródłami błędów. Dzięki temu udało im się osiągnąć poziomy wierności, które należą do najwyższych odnotowanych w tej dziedzinie.
Perspektywy przyszłości w technologii kwantowej
Według Yasunobu Nakamury, dyrektora RIKEN Center for Quantum Computing: „Dzięki zmniejszeniu współczynnika błędów w bramkach kwantowych umożliwiliśmy bardziej niezawodne i dokładne obliczenia kwantowe. Jest to szczególnie ważne dla rozwoju odpornych na awarie komputerów kwantowych, które stanowią przyszłość obliczeń kwantowych.
Kontynuuje: „Zdolność tego urządzenia do efektywnej pracy z silnie odstrojonymi kubitami sprawia, że jest to wszechstronny i konkurencyjny element konstrukcyjny różnych architektur obliczeń kwantowych. Ta zdolność adaptacji gwarantuje, że można go zintegrować z istniejącymi i przyszłymi nadprzewodzącymi procesorami kwantowymi, zwiększając ich ogólną wydajność i skalowalność. W przyszłości planujemy spróbować uzyskać krótszą długość bramki, ponieważ może to pomóc zminimalizować błąd niespójności.
Odniesienie: „Realizacja bramki CZ o wysokiej wierności w oparciu o łącznik podwójnego transmonu” autorstwa Rui Li, Kentaro Kubo, Yinghao Ho, Zhiguang Yan, Yasunobu Nakamura i Hayato Goto, 21 listopada 2024 r., Przegląd fizyczny X.
DOI: 10.1103/PhysRevX.14.041050
