Новый метод увеличения сроков службы кубитов в квантовых компьютерах

Новый метод увеличения сроков службы кубитов в квантовых компьютерах

Выпуск 7 (6706) от 09 апреля 2020 г.
РУБРИКА: КВАНТОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

Исследовательская группа специалистов Токийского университета медицины и стоматологии (Tokyo Medical and Dental University, TMDU), Института физико-химических исследований (RIKEN) и Токийского университета продемонстрировали метод увеличения сроков службы кубитов в квантовых компьютерах с помощью дополнительного «фильтрующего» кубита. Предполагается, что эта работа может помочь создать более точные квантовые компьютеры для различных сфер применения, включая финансы, криптографию, химию и т. д.

Квантовые компьютеры способны оказать большое влияние на развитие самых разных областей: от интернет-безопасности до разработки лекарств. В отличие от классических компьютеров, ограниченных использованием двоичных нулей и единиц, кубиты квантовых компьютеров могут принимать значения, являющиеся произвольными суперпозициями двух этих значений. Это позволяет квантовым компьютерам решать некоторые задачи, такие как взлом шифровальных шифров, гораздо быстрее, чем современные машины.

Недавно ученые из TMDU теоретически доказали, что введение в управляющую шину второго кубита в качестве своеобразного «фильтра» (рис. 1) может значительно уменьшить шум и спонтанные возмущения, приводящие к декогеренции (т. е. возвращению достаточно сложного состояния суперпозиции к единице или нулю). Такой подход позволяет повысить устойчивость соединений, что, в свою очередь, обеспечивает сокращение времени цикла.



Источник: TMDU

Рисунок 1. Схема джозефсоновского квантового фильтра (JQF) (защищаемый кубит данных (DQ) и JQF напрямую связаны с полубесконечным волноводом, через который на кубит данных подаются управляющие импульсы)


Разработчики утверждают, что их «кубит-фильтр» действует как нелинейное зеркало и полностью отражает попадающее на защищаемый кубит излучение, порождаемое интерференцией. При этом вследствие насыщения поглощения сохраняется устойчивая передача управляющих импульсов.

Как известно, работы по совершенствованию квантовых компьютеров ведутся многими корпорациями, в т. ч. IBM и Google. По мере роста быстродействия и надежности этих устройств повышается вероятность их широкого распространения.

В рамках работ других исследовательских групп, в том числе и с участием вышеперечисленных японских научных организаций по отдельности, уже достигнуты значительные успехи. В частности, с участием RIKEN проведено неразрушающее измерение кубита электроном в квантовой точке. Разработанный метод измерений позволил оценивать множество состояний кубитов на предмет четности. Это, в свою очередь, дает возможность определить состояние мультикубитной системы со скоростью большей, чем в предшествующих работах. В сочетании с добротными операциями с применением одного или двух кубитов при извлечении информации повышается вероятность разработки квантовых компьютеров, устойчивых к ошибкам.

В рамках нынешней работы ее участники смогли просчитать и сопоставить строгую вероятность выживания кубита и приближенную вероятность, основанную на аппроксимации произвольной эволюции. Утверждается, что использование «фильтрующих» кубитов позволяет не только увеличить срок службы кубитов данных в квантовых компьютерах, но и сблизить кривые строгой и приближенной вероятности их выживания (рис. 2). Разработчики считают данный вывод одним из наиболее интересных итогов своей работы.



Источник: Physical Review Applied

Рисунок 2. Сравнение строгой вероятности выживания и приближенной вероятности, основанной на аппроксимации произвольной эволюции


A Filter for Cleaner Qubits. Semiconductor Digest, March 6, 2020: https://www.semiconductor-digest.com/2020/03/06/a-filter-for-cleaner-qubits/


ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ