Alla ricerca di un metodo per ridurre l'errore nei sistemi quantistici rumorosi, Kajsa Williams e Louis-S. Bouchard, ricercatori del Center for Quantum Science and Engineering dell’Università della California, a Los Angeles, hanno implementato e valutato le prestazioni delle porte a qubit singolo utilizzando impulsi compositi e adiabatici appositamente progettati. Anche se non hanno riscontrato particolari vantaggi in termini di perdite e infiltrazioni dei cancelli rispetto ai cancelli standard, la robustezza nel controllare gli errori sul campo è stata notevolmente migliorata.
La loro ricerca è pubblicata su Intelligent Computing .
Il calcolo quantistico sui moderni dispositivi quantistici rumorosi su scala intermedia è ancora vantaggioso solo per applicazioni specifiche. Il tentativo di aumentare la durata e la complessità dei calcoli eseguiti su questi dispositivi porta rapidamente all'accumulo di una quantità inaccettabile di errori.
Migliorare la robustezza delle porte per controllare la deriva del sistema attenuerebbe l’accumulo di errori e quindi aumenterebbe la gamma di possibili applicazioni del calcolo quantistico. I progetti di Williams e Bouchard per impulsi compositi e adiabatici per implementare porte a qubit singolo hanno migliorato la robustezza di quasi un ordine di grandezza.
Williams e Bouchard hanno utilizzato lo strumento software Qiskit e la piattaforma IBM Quantum Experience (IBM-QE) per implementare e convalidare impulsi compositi e impulsi adiabatici per il controllo di un qubit superconduttore. Hanno eseguito procedure di calibrazione per determinare una frequenza portante per gli impulsi che avrebbe consentito loro di dimostrare un miglioramento rispetto all'impulso predefinito. Dopo aver scelto i parametri per gli impulsi compositi, hanno simulato l'effetto degli impulsi utilizzando Python.
Python è stato utilizzato anche per cercare parametri per gli impulsi adiabatici progettati prima della loro implementazione e convalida su IBM-QE.
Hanno usato i loro impulsi appositamente progettati – una varietà di impulsi gaussiani, DRAG e HS1 – per controllare un qubit transmon sulla piattaforma IBM-QE e il processore quantistico superconduttore Lima. Per la valutazione delle prestazioni è stato utilizzato il benchmarking randomizzato. Gli impulsi adiabatici a passaggio completo sono risultati i più robusti tra gli impulsi testati.
Secondo gli autori, "l'implementazione riuscita di impulsi [adiabatici a passaggio completo] solo da 2,8 a 5 volte più lunghi dei singoli impulsi rende possibili schemi compositi [adiabatici a passaggio completo]; altrimenti, tali impulsi consumerebbero una proporzione insostenibile del tempo di coerenza intrinseca. "
Il lavoro futuro potrebbe concentrarsi sulla riduzione degli errori stessi mitigando le perdite e le infiltrazioni. La perdita si riferisce al fenomeno in cui un qubit passa dagli stati designati per il calcolo a stati a energia superiore che non fanno parte delle operazioni di calcolo. Ciò può verificarsi a causa di imperfezioni negli impulsi di controllo o nelle interazioni con l'ambiente.
La perdita è problematica perché può portare a errori che non possono essere facilmente corretti dalle tecniche standard di correzione degli errori quantistici. La infiltrazione è un concetto correlato e si riferisce alla velocità con cui i qubit ritornano dallo stato di perdita. Anche la filtrazione è problematica perché alcuni qubit ritornano negli stati sbagliati. Sia le perdite che le infiltrazioni sono fattori importanti nella valutazione della fedeltà e della robustezza delle operazioni quantistiche sui dispositivi NISQ.
Ulteriori informazioni: Kajsa Williams et al, Quantificazione di robustezza, perdite e infiltrazioni per cancelli compositi e adiabatici sui moderni sistemi NISQ, Informatica intelligente (2023). DOI:10.34133/icomputing.0069
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