抑制退相干 動(dòng)力學(xué)解耦有效提高量子計(jì)算機(jī)保真度

美國(guó)南加州大學(xué)研究人員在最新一期《物理評(píng)論快報(bào)》上發(fā)表論文稱，他們通過(guò)動(dòng)力學(xué)解耦方法，在IBM和Rigetti的量子計(jì)算平臺(tái)中成功實(shí)現(xiàn)了量子計(jì)算保真度的高度增益，證明動(dòng)力學(xué)解耦是一種比其他量子誤差校正手段更容易、更有效的抑制量子退相干策略，能夠更好地彌補(bǔ)量子計(jì)算易受干擾、容易出錯(cuò)的弱點(diǎn)。

所謂量子退相干，是指量子系統(tǒng)狀態(tài)間相互干涉的性質(zhì)會(huì)隨著時(shí)間逐步喪失，是開(kāi)發(fā)量子計(jì)算機(jī)必須要面對(duì)的一個(gè)問(wèn)題。量子計(jì)算過(guò)程中，量子比特的穩(wěn)定性很容易受到聲音、溫度、振動(dòng)等環(huán)境噪聲影響，相干性逐步喪失，量子態(tài)的持續(xù)時(shí)間減少，進(jìn)而降低量子計(jì)算保真度。因此，開(kāi)發(fā)有效的抑制量子退相干策略是量子計(jì)算機(jī)研究的重點(diǎn)課題。而動(dòng)力學(xué)解耦則是一種簡(jiǎn)單的開(kāi)環(huán)量子控制技術(shù)，通過(guò)快速的時(shí)變控制調(diào)制來(lái)抑制退相干。

在新研究中，研究人員使用了IBM16量子比特的QX5和Rigetti19量子比特的Acorn兩個(gè)通用量子計(jì)算平臺(tái)。為實(shí)現(xiàn)動(dòng)力學(xué)解耦，研究人員向超導(dǎo)量子比特發(fā)射精確聚焦的微電磁能計(jì)時(shí)脈沖。通過(guò)操縱脈沖，他們能夠?qū)⒘孔颖忍匕j(luò)在微環(huán)境中，與周圍的環(huán)境噪聲隔離，從而長(zhǎng)久保持量子態(tài)。雖然這一實(shí)驗(yàn)的時(shí)間跨度非常短，僅600納秒(1納秒為十億分之一秒)，使用脈沖數(shù)量也不超過(guò)200個(gè)，但獲得的保真度增益卻相當(dāng)可觀：IBM量子計(jì)算平臺(tái)的最終保真度提高了3倍，從28.9%提高到88.4%;Rigetti量子計(jì)算平臺(tái)的最終保真度提高了17%，從59.8%升至77.1%。

研究人員指出，這是他們首次在基于云的超導(dǎo)量子比特平臺(tái)上成功抑制退相干，相關(guān)結(jié)果表明，動(dòng)力學(xué)解耦方法很適合在環(huán)境噪音相對(duì)較大的、基于云的小規(guī)模量子計(jì)算機(jī)中應(yīng)用，其效果比迄今為止嘗試過(guò)的其他量子誤差校正方法都要好。(劉海英)

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