Dvouqubitové hradlo, umělecká představa. Credit: Marieke de Lorijn for QuTech

Jak zvýšit životnost qubitů? Extrapolace nulového šumu, kvantové spinové sklo a další nápady

Úzkým hrdlem současných kvantových počítačů (respektive jedním z úzkých hrdel vedle samotného počtu provázaných qubitů a opravy chyb) je doba trvání výpočtu, než dojde k dekoherenci a přechodu systému do klasického stavu. Proto se samozřejmě mnoho studií snaží životnost qubitů prodloužit, a to bez ohledu na jejich konkrétní fyzikální realizaci (při různých přístupech se ovšem životnost qubitů liší o několik řádů). Několik novinek na toto téma (včetně novinky D-Wave, jejíž kvantové počítače se již prakticky používají i v komerčním sektoru), na které zatím „nedošlo“, tak ať nepřebývají do nového roku příliš dlouho…

Inspirace sluchátky
Výzkumníci se již léta snaží různými způsoby přimět qubity, aby zůstaly ve svém kvantovém stavu po stále delší dobu, což je klíčový krok při vytváření zařízení, jako jsou kvantové senzory, gyroskopy a paměti.
Tým fyziků z MIT učinil důležitý krok vpřed v tomto úsilí a vypůjčil si k tomu koncept z překvapivého zdroje – sluchátek s potlačením šumu.
Ju Li, Paola Cappellaro a jejich kolegové nyní popsali metodu, jak dosáhnout dvacetinásobného zvýšení koherenční doby pro jaderné spinové qubity.
Jaderné spinové qubity jsou velmi atraktivní platformou pro kvantové senzory, gyroskopy a kvantovou paměť, mají ale (de)koherenční dobu v řádu 150 mikrosekund, alespoň v přítomnosti spinů elektronů. Autoři studie ukázali, že pokud dokážeme porozumět interakcím nebo šumu v těchto systémech, situace se může změnit. Podobně jako sluchátka s potlačením šumu používají specifické zvukové frekvence k odfiltrování okolního hluku, vyvinul tým přístup, který nazval „nevyvážená ozvěna“ (unbalanced echo), k prodloužení doby koherence systému.
Tím, že vědci charakterizovali, jak určitý zdroj šumu – v tomto případě teplo – ovlivňuje jaderné kvadrupólové interakce v systému, dokázal použít stejný zdroj šumu k vyrovnání jaderně-elektronových interakcí a prodloužit dobu koherence ze 150 mikrosekund na 3 milisekundy.

Guoqing Wang et al, Characterizing Temperature and Strain Variations with Qubit Ensembles for Their Robust Coherence Protection, Physical Review Letters (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.043602

Hao Tang et al, First-Principles Calculation of the Temperature-Dependent Transition Energies in Spin Defects, The Journal of Physical Chemistry Letters (2023). DOI: 10.1021/acs.jpclett.3c00314
Zdroj: Massachusetts Institute of Technology / Phys.org, přeloženo, zkráceno

Nábojové qubity
Tým vedený Argonnskou národní laboratoří Ministerstva energetiky USA prodloužili dobu koherence svého nového typu qubitu na 0,1 milisekundy – což je téměř tisíckrát lepší výsledek než dosavadní rekord.
Zkoumané qubity týmu kódují kvantovou informaci v pohybových (nábojových, charge) stavech elektronu. Proto se jim říká nábojové qubity. Qubit studovaný v nové práci je jediný elektron zachycený na ultračistém povrchu pevné látky ve vakuu. Použitým prvkem byl nereaktivní neon.
Další důležitou vlastností qubitu je jeho škálovatelnost, aby se mohl propojit s mnoha dalšími qubity. Tým dosáhl významného milníku, když ukázal, že dva elektronové qubity se dají propojit se stejným supravodivým obvodem tak, že mezi nimi lze prostřednictvím obvodu přenášet informace.

Xianjing Zhou et al, Electron charge qubit with 0.1 millisecond coherence time, Nature Physics (2023). DOI: 10.1038/s41567-023-02247-5
Zdroj: Argonne National Laboratory / Phys.org, přeloženo, zkráceno

D-Wave chystá Advantage2
Způsob, jak zmírnit chybovost kvantového počítače, oznámila i společnost D-Wave. Očekává se, že tyto techniky budou hnacím motorem výkonnostního pokroku v připravovaném systému Advantage2 a budoucích procesorech.
Kvantové výpočty mohou být ztíženy šumem prostředí a nedokonalostmi hardwaru. Kvantová oprava chyb se sice v rámci oboru uznává jako konečné řešení pro eliminaci dopadu těchto chyb, ale je spojena se značnou režií, takže je při současném stavu technologií nepraktická.
Technika QEM (zmírnění chyb, Quantum Error Mitigation) se objevila jako dostupné řešení pro odhad bezchybných hodnot očekávaných v přítomnosti nízkého šumu. Nový výzkum představuje první experimentální demonstraci extrapolace nulového šumu (ZNE, zerro noise extrapolation), jedné z nejpraktičtějších technik QEM, v rámci výpočetních systémů pro kvantové žíhání společnosti D-Wave.
V září 2023 společnost D-Wave také oznámila pokrok ve vývoji vysoce koherentních fluxoniových qubitů (poznámka: fluxonium si snad můžeme představit jako virtuální atom; fluxoniové qubity se řadí do skupiny těch supravodivých).

Mohammad H. Amin et al, Quantum error mitigation in quantum annealing, arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2311.01306
Zdroj: D-Wave Quantum Inc. / Phys.org, přeloženo, zkráceno

Kvantové spinové sklo
Kvantové spinové sklo analogicky s běžným sklem znamená stav, v němž mechanické qubity v kvantovém počítači vykazují jak neuspořádanost (nabývají zdánlivě náhodných hodnot), tak i „tuhost“ (když se jeden qubit překlopí, překlopí se i všechny ostatní). „Jedním z důsledků naší práce je, že některé typy informací jsou automaticky chráněny v kvantových algoritmech, které sdílejí vlastnosti našeho modelu,“ uvádí spoluautor studie Erich Mueller z Cornell University. Závislosti ve spinovém skle tak systému dodávají potřebnou redundanci.

Vaibhav Sharma et al, Subsystem symmetry, spin-glass order, and criticality from random measurements in a two-dimensional Bacon-Shor circuit, Physical Review B (2023). DOI: 10.1103/PhysRevB.108.024205
Zdroj: Cornell University / Phys.org, přeloženo, zkráceno

Biologická fixace dusíku je zřejmě velmi stará

Živé organismy fixují z neživé přírody nejen uhlík, ale jsou také závislé na přísunu dusíku. …

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Používáme soubory cookies pro přizpůsobení obsahu webu a sledování návštěvnosti. Data o používání webu sdílíme s našimi partnery pro cílení reklamy a analýzu návštěvnosti. Více informací

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close