Калибровка заряда кубитов повысит надежность квантовых компьютеров

Исследователи из KIT изучают, как измерения влияют на кубиты, и разрабатывают стратегии для предотвращения ошибок. Автор: Амадеус Брамзипе, KIT

Квантовые компьютеры в будущем смогут решать чрезвычайно сложные задачи. Однако со сверхпроводящими квантовыми процессорами до сих пор было трудно считывать результаты экспериментов, потому что измерения могут вызывать мешающие переходы квантовых состояний.

Исследователи из Технологического института Карлсруэ (KIT) и Университета Шербрука в Квебеке провели эксперименты, которые улучшают понимание этих процессов. Они показали, что калибровка заряда на кубитах способствует предотвращению ошибок. Их выводы были опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Кубиты можно создавать из трансмонов — искусственных атомов, состоящих из крошечных цепей. Они являются сверхпроводящими, то есть не имеют электрического сопротивления при низких температурах. Трансмоны в настоящее время являются наиболее стабильными сверхпроводящими кубитами. Их легко производить и контролировать.

Во время измерений кубиты могут переходить в нежелательные состояния

Масштабирование квантовых компьютеров на основе сверхпроводящих кубитов, особенно трансмонов, до сих пор было затруднено с точки зрения достижения надежной точности считывания результатов без влияния на квантовое состояние. Во время процесса считывания в резонатор посылается множество микроволновых фотонов. Это может заставить кубит перепрыгнуть в более высокие энергетические состояния.

«Если мы поймем, при каком количестве фотонов в резонаторе и при каком уровне заряда на трансмоне кубит переходит в нежелательные состояния, мы сможем оптимизировать процедуру измерения, например, с помощью целенаправленного выбора рабочих параметров или стабилизации заряда», — сказал профессор Иоан М. Поп, возглавляющий исследования в области квантовых вычислений в Институте квантовых материалов и технологий KIT (IQMT).

«Ключевая трудность в исследовании квантовых переходов, вызванных измерениями, — это наличие флуктуаций заряда в цепи, повсеместная проблема для всех твердотельных платформ», — добавил доктор Матье Фешан, исследователь квантовых вычислений в IQMT. — «В нашей работе мы отслеживаем этот параметр и повторно калибруем его, варьируя уровень считывания».

Экспериментальные результаты соответствуют теоретическим моделям

Результаты экспериментов соответствуют недавно предложенным теоретическим моделям и подтверждают понимание базовой физики. Исследователи также показали, что активная калибровка заряда на трансмонах позволяет им проводить считывание в диапазонах числа фотонов, в которых мешающие квантовые переходы уменьшены.

В долгосрочной перспективе это исследование способствует предотвращению ошибок считывания, помогая сделать сверхпроводящие квантовые компьютеры более надежными.

Больше информации: Mathieu Féchant et al, Offset Charge Dependence of Measurement-Induced Transitions in Transmons, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/yljv-b4kj

Источник: Karlsruhe Institute of Technology