Kako poboljšati učinak kubita: Postignuta je superbrza detekcija fluktuacije

Koristeći komercijalno dostupnu tehnologiju i inovativne metode, istraživači su pomerili granice koliko brzo se mogu detektovati promene u osetljivim kvantnim stanjima u kubitu. Njihov rad omogućava istraživačima da prate dosad nevidljive brze promene u funkcionisanju kubita.

Bitan elemenat svake kvantno zasnovane aplikacije usmerene ka željenom, ali još neostvarenom kvantnom računaru je kubit. Međutim, to je prilično fragilan elemenat.

Preporučujemo

Kubiti, i kvantni procesori uopšte, izuzetno su osetljivi na svoje okruženje. Tipično, materijali u koje su ugrađeni sadrže mikroskopske defekte koji još nisu u potpunosti shvaćeni. Ovi defekti mogu prostorno fluktuirati izuzetno brzo, ponekad stotinama puta u sekundi. Dok fluktuiraju, menja se i brzina kojom kubit gubi energiju i tako korisne kvantne informacije.

Dosad standardne rutine karakterizacije, koje mogu trajati do jednog minuta, jednostavno nisu mogle da "uhvate" ove brze fluktuacije. Stoga su istraživači mogli da mere samo prosečnu stopu gubitka energije, što je često davalo nepotpunu sliku pravog učinka kubita.

Brzi monitoring dovodi do efikasne detekcije fluktuacije

Sad su istraživači sa Univerziteta u Kopenhagenu implementirali adaptivni pristup merenja u realnom vremenu koji prati fluktuacije brzine gubitka energije (relaksacije) kubita dok se dešavaju.

Pomoću brzog klasičnog kontrolora, ovaj metod kontinuirano ažurira procenu brzine relaksacije kubita u roku od samo nekoliko milisekundi, blizu intrinsičnoj vremenskoj skali samih fluktuacija, umesto sekundi ili minuta kao prethodni pristupi.

Ove brzine su postignute pomoću specijalizovanog kontrolora FPGA — oblik klasičnog procesora koji može da radi izuzetno brzo. Izvođenjem eksperimenta direktno na FPGA mogli su da dođu do "najbolje procene" koliko brzo će kubit gubiti energiju na osnovu samo nekoliko merenja.

Ova brzina dolazi sa problemom: FPGA može biti izuzetno složen za programiranje radi specifičnih zadataka. Ipak, naučnici su uspeli da kontrolor ažurira svoje interno "znanje" – Bajesov model – nakon svakog merenja kubita. To je omogućilo sistemu da kontinuirano prilagođava kako uči o stanju kubita što efikasnije.

Kao rezultat, FPGA kontrolor i okruženje kubita sad se razvijaju na približno istoj vremenskoj skali, sa merenjima i detekcijom koji su u skladu – oko sto puta brže nego što je ranije demonstrirano.

Povrh toga, niko ranije nije znao koliko se brzo dešavaju fluktuacije u superprovodnim kubitima.

Kvantna tehnologija u širem kontekstu

Očekivanja od kvantnih tehnologija su brojna. Napredak se neprestano postiže i ponekad se dešava u skokovima.

Otkrivajući ranije nepristupačne dinamike, ovi rezultati redefinišu vremenske skale relevantne za karakterizaciju i kalibraciju superprovodnih kvantnih procesora. Sa današnjim materijalima i tehnikama izrade, kretanje ka kalibraciji i monitoringu u realnom vremenu izgleda kao ključni korak napred. Ovaj napredak pokazuje vrednost saradnje između istraživanja i industrije i inovativne upotrebe netradicionalnih sredstava.

U kvantnim procesorskim jedinicama uopšte, svukupni učinak nije određen najboljim kubitima, već najgorim: na njih se treba fokusirati. Iznenađujući nalaz je da se „dobar“ kubit može pretvoriti u „loš“ u deliću sekunde, a ne u minutima ili satima, kažu istraživači.

"Sa našim algoritmom, brzi kontrolni hardver može da utvrdi koji je kubit 'dobar' ili 'loš' praktično u realnom vremenu. Takođe možemo prikupiti korisnu statistiku o 'lošim' kubitima za nekoliko sekundi umesto sati ili dana“.

"Još ne možemo da objasnimo veliki deo fluktuacija koje posmatramo. Razumevanje i kontrolisanje fizike iza takvih fluktuacija u svojstvima kubita biće neophodno za skaliranje kvantnih procesora do korisne veličine", kažu istraživači.

(Telegraf Nauka/Phys.org)