Группа специалистов из Дартмутского колледжа и Массачусетского технологического института разработала и провела первые испытания в лаборатории, чтобы успешно выявлять и характеризовать классу сложных, «негауссовских» процессов, шума, которые обычно встречаются в сверхпроводящих квантовых вычислительных систем.
Характеристики негауссовых шумов в сверхпроводниковых квантовых битов является важным шагом к созданию этих систем более точным.
Совместное исследование, опубликованное в природе связи, мог бы содействовать ускорению реализации квантовых вычислительных систем. Эксперимент был основан на более ранних теоретических исследований, проведенных в Дартмуте и опубликовано в Физическая в 2016 году.
«Это первый конкретный шаг в сторону, пытаясь охарактеризовать более сложные типы шумовых процессов, чем принято считать в квантовой области», — сказал Лоренза Виола, профессор физики в Дартмуте, который вел 2016 исследования, а также теорию составляющей данной работы. «Как кубит свойства согласованности постоянно совершенствуются, важно для обнаружения негауссовских помех для того, чтобы построить наиболее точное квантовой системы.»
Квантовые компьютеры отличаются от классических компьютеров, выход за рамки бинарной «вкл-выкл» секвенирование благоприятствует классической физики. Квантовые компьютеры используют квантовые биты — также известный как кубиты — построены из атомных и субатомных частиц.
По сути, кубиты могут быть размещены в комбинации как «On» и «Off» позиции, в то же время. Они также могут быть «перепутаны», т. е. свойства одного кубита может влиять на другой на расстояние.
Сверхпроводящий кубит системы является одним из главных претендентов на общую победу в гонке для построения масштабируемых, высокопроизводительных квантовых компьютеров. Но, как и другие кубит платформ, они очень чувствительны к окружающей среде и может зависеть от внешних шумов и внутренних помех.
Внешние шумы в квантовой вычислительной системы может исходить от управляющей электроники или паразитных магнитных полей. Внутренние помехи могут исходить от других неконтролируемых квантовых систем, таких как материал примесей. Возможность снизить уровень шума является одним из основных направлений в развитии квантовых компьютеров.
«Большой барьер, который мешает нам иметь крупномасштабные теперь квантовых компьютеров это проблема шума.», сказал Ли Норрис, научный сотрудник Дартмутского, который был соавтором исследования. «Это исследование продвигает нас к пониманию шум, что является шагом в сторону ее отмены, и, надеюсь, имея надежный квантовый компьютер один день».
Нежелательный шум часто описывают с точки зрения простой «Гаусса» модели, в которых распределение вероятностей случайные флуктуации шума создает знакомы, колоколообразная кривая Гаусса. Негауссовского шума труднее описать и обнаружить, потому что он находится вне области применимости этих предположений и потому что там просто может быть меньше.
Всякий раз, когда статистические свойства шума Гаусса, небольшое количество информации может быть использована для характеристики шума, а именно, корреляции в два различных раза, или, что эквивалентно, в терминах частотной области описание, так называемого «шумового спектра.»
Благодаря их высокой чувствительности к окружающей среде, кубиты могут быть использованы в качестве датчиков собственного шума. Опираясь на эту идею, исследователи добились прогресса в разработке методов для выявления и снижения гауссовского шума в квантовых системах, подобно тому, как шумоподавляющие наушники работают.
Пока не так распространены, как Гауссова шума, выявление и отмена негауссовских помех является не менее важной задачей в направлении оптимального проектирования квантовых систем.
Негауссовский шум отличается более сложных паттернов корреляций, которые предполагают несколько точек во времени. В результате, гораздо больше информации о шум необходим для того, чтобы быть идентифицированы.
В исследовании, исследователи смогли примерных характеристик негауссовского шума, используя данные о корреляции в три раза, что соответствует тому, что известно как «bispectrum» в частотной области.
«Это первый случай, когда подробные, частота-решен характеристик негауссовского шума может быть сделано в лаборатории с помощью кубитов. Этот результат существенно расширяет набор инструментов, которые мы имеем в распоряжении для выполнения точных шум характеристику и, следовательно, крафта лучше и стабильнее кубитов в квантовых компьютерах», — сказала Виола.
Квантовый компьютер, что не может негауссовский шум может быть легко спутать между квантовой сигнала предполагается процесс и нежелательных шумов в системе. Протоколы для достижения негауссовских спектроскопии шума не существовало до начала исследования Дартмут в 2016 году.
Во время проведения эксперимента МИТ для проверки протокол не сразу делают крупномасштабные квантовые компьютеры практически осуществимо, он является важным шагом на пути повышения их точности.
«Это исследование началось на белой доске. Мы не знаем, если кто-то собирается быть в состоянии применять ее на практике, но, несмотря на значительные концептуальные и экспериментальные задачи, МИТ команда это сделала», — сказал Феликс Бодуэн, бывший докторант в Дартмуте Виолы группы, который также сыграл решающую роль в преодолении разрыва между теорией и экспериментом в исследовании.
«Это было абсолютной радости, чтобы сотрудничать с Лоренцой Виола и ее фантастическая теория коллектива в Дартмуте», — сказал Уильям Оливер, профессор физики в Массачусетском технологическом институте. «Мы работали вместе на протяжении нескольких лет на нескольких проектах и, как квантовые вычисления переходов из научного любопытства к технической реальности, я предвижу необходимость больше такого междисциплинарного и межведомственного сотрудничества».
По данным исследовательской группы, есть еще лет дополнительной работы, необходимой для того, чтобы совершенствовать обнаружения и отмены шума в квантовых системах. В частности, будущие исследования будут переходить от одного датчика система двух датчиков, позволяющих характеристика корреляций шума в различных кубитов.
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!