RIKEN добился высокой точности одновременного управления кремниевыми кубитами
Исследователи нашли источник ошибок при параллельной работе кубитов с общей микроволновой линией управления и предложили калибровку на основе пар кубитов. В опыте с пятью кубитами точность операций при одновременном управлении всеми устройствами составила около 99,9%.
Исследователи из RIKEN Center for Emergent Matter Science вместе с коллегами показали способ снизить ошибки при одновременном управлении несколькими кремниевыми спиновыми кубитами. Работа опубликована в Nature Physics и посвящена одной из практических проблем масштабирования квантовых процессоров: при параллельной работе кубитов точность операций обычно падает.
В эксперименте использовали массив из пяти кубитов, подключённых к общей микроволновой линии управления. Учёные связали значительную часть ошибок с AC-Stark-сдвигом: управляющие микроволновые сигналы меняют эффективные энергетические уровни кубита и тем самым сдвигают фазу его квантового состояния. При одновременной работе нескольких кубитов такие сдвиги нарушают выполнение заданных операций.
Для компенсации эффекта команда разработала метод калибровки, который опирается на измерения для пар кубитов, а не требует отдельной настройки для каждой возможной комбинации устройств. Это делает подход более пригодным для систем с большим числом кубитов.
По данным исследователей, при индивидуальных испытаниях каждый из пяти кубитов показал точность однокубитных операций выше 99,99%, а лучший результат приблизился к 99,999%. При одновременной работе до трёх кубитов точность также превышала 99,99%. Когда управляли всеми пятью кубитами сразу, она сохранялась на уровне примерно 99,9%.
Полностью устранить ошибки метод не смог. Оставшееся падение точности авторы связывают с декогеренцией, вызванной более высокой мощностью микроволновых сигналов при параллельном управлении. По их оценке, этот эффект можно ослабить дальнейшими изменениями конструкции устройства.
Кремниевые спиновые кубиты кодируют информацию в спинах отдельных электронов в кремнии. Их рассматривают как один из вариантов для квантовых процессоров, поскольку такие устройства потенциально можно производить с использованием методов, применяемых в полупроводниковой индустрии. Общие линии управления, в свою очередь, могут стать более практичным способом масштабирования систем, чем отдельный управляющий тракт для каждого кубита.