Måling af forbedring i design af pulser til kvantesystemer

Søger en metode til at reducere fejl i støjende kvantesystemer, Kajsa Williams og Louis-S. Bouchard, forskere ved Center for Quantum Science and Engineering ved University of California, Los Angeles, implementerede og evaluerede single-qubit-gates ydeevne ved hjælp af specialdesignede sammensatte og adiabatiske pulser. Selvom de ikke fandt nogen særlige fordele med hensyn til lækage og nedsivning af portene sammenlignet med standardporte, blev robustheden til at kontrollere feltfejl væsentligt forbedret.

Deres forskning er publiceret i Intelligent Computing .

Kvanteberegning på moderne støjende kvanteenheder i mellemskala er stadig kun fordelagtig til specifikke applikationer. Forsøg på at øge varigheden og kompleksiteten af ​​beregninger udført på disse enheder fører hurtigt til akkumulering af en uacceptabel mængde fejl.

Forbedring af robustheden af ​​portene til at styre systemdrift vil mindske akkumuleringen af ​​fejl og dermed øge rækken af ​​mulige anvendelser af kvanteberegning. Williams og Bouchards design til sammensatte og adiabatiske impulser til implementering af enkelt-qubit-gates forbedrede robustheden med næsten en størrelsesorden.

Williams og Bouchard brugte softwareværktøjet Qiskit og IBM Quantum Experience (IBM-QE) platformen til at implementere og validere sammensatte pulser og adiabatiske pulser til styring af en superledende qubit. De udførte kalibreringsprocedurer for at bestemme en bærefrekvens for impulserne, som ville give dem mulighed for at demonstrere forbedring i forhold til standardimpulsen. Efter at have valgt parametre for de sammensatte impulser, simulerede de effekten af ​​impulserne ved hjælp af Python.

Python blev også brugt til at søge efter parametre for de adiabatiske impulser, de designede før deres implementering og validering på IBM-QE.

De brugte deres specialdesignede impulser - en række Gaussiske, DRAG og HS1 impulser - til at styre en transmon qubit på IBM-QE platformen og Lima superledende kvanteprocessor. Randomiseret benchmarking blev brugt til præstationsevaluering. Adiabatiske fuld-passage-impulser var de mest robuste af de testede impulser.

Ifølge forfatterne, "gør den vellykkede implementering af [adiabatisk fuld passage] pulser kun 2,8 til 5 gange længere end enkelte pulser sammensatte [adiabatisk fuld passage] ordninger mulige; ellers ville sådanne pulser forbruge en uholdbar del af den iboende kohærenstid. "

Fremtidigt arbejde kunne fokusere på at reducere fejl i sig selv ved at afbøde lækage og nedsivning. Lækage refererer til det fænomen, hvor en qubit overgår fra de tilstande, der er udpeget til beregning, til tilstande med højere energi, som ikke er en del af beregningsoperationerne. Dette kan opstå på grund af ufuldkommenheder i kontrolimpulser eller interaktioner med omgivelserne.

Lækage er problematisk, fordi det kan føre til fejl, der ikke let korrigeres med standard kvantefejlkorrektionsteknikker. Nedsivning er et relateret begreb og refererer til den hastighed, hvormed qubits vender tilbage fra lækagetilstanden. Nedsivning er også problematisk, fordi nogle qubits vender tilbage til de forkerte tilstande. Både lækage og udsivning er vigtige faktorer i vurderingen af ​​pålideligheden og robustheden af ​​kvanteoperationer på NISQ-enheder.

Flere oplysninger: Kajsa Williams et al., Kvantificering af robusthed, lækage og udsivning for sammensatte og adiabatiske porte på moderne NISQ-systemer, Intelligent Computing (2023). DOI:10.34133/icomputing.0069

Leveret af Intelligent Computing