Wetenschappers van de Universiteit van Sydney hebben technieken van autonome voertuigen en robotica aangepast om de prestaties van kwantumapparaten efficiënt te beoordelen. een belangrijk proces om de opkomende technologieën te helpen stabiliseren.

Het is experimenteel aangetoond dat de innovatieve benadering de simplistische karakterisering van deze omgevingen met een factor drie overtreft, met een veel hoger resultaat voor complexere gesimuleerde omgevingen.

"Door deze aanpak te gebruiken, we kunnen de 'ruis' die prestatievariaties veroorzaakt tussen kwantumapparaten minstens drie keer zo snel in kaart brengen als een brute-force-benadering, " zei hoofdauteur Riddhi Gupta, een doctoraat student aan de School of Physics. "Het snel beoordelen van de geluidsomgeving kan ons helpen de algehele stabiliteit van kwantumapparaten te verbeteren."

Het onderzoek is gepubliceerd in het partnertijdschrift Nature Kwantuminformatie .

Quantum computing bevindt zich nog in de beginfase van ontwikkeling, maar belooft een revolutie teweeg te brengen in de technologie door problemen op te lossen die buiten het bereik van klassieke computing vallen.

Een van de barrières om deze systemen op praktische schaal te ontwikkelen, is het overwinnen van de onvolkomenheden van hardware. De basiseenheden van kwantumtechnologie:kwantumbits, of qubits - zijn zeer gevoelig voor verstoring van hun omgeving, zoals elektromagnetische 'ruis', en vertonen prestatievariaties die hun bruikbaarheid verminderen.

mevrouw Gupta, ook onderdeel van het ARC Centre of Excellence for Engineered Quantum Systems, heeft technieken uit de klassieke schatting gebruikt in robotica en deze aangepast om de hardwareprestaties te verbeteren. Dit wordt bereikt door de efficiënte automatisering van processen die zowel de omgeving van als prestatievariaties over grote kwantumapparaten in kaart brengen.

"Ons idee was om algoritmen aan te passen die worden gebruikt in robotica die de omgeving in kaart brengen en een object ten opzichte van andere objecten op hun geschatte terrein plaatsen, " zei ze. "We gebruiken sommige qubits in het apparaat effectief als sensoren om het klassieke terrein te helpen begrijpen waarin andere qubits informatie verwerken."

Bij robotica, machines vertrouwen op gelijktijdige lokalisatie en mapping, of SLAM, algoritmen. Apparaten zoals robotstofzuigers brengen voortdurend hun omgeving in kaart en schatten vervolgens hun locatie in die omgeving om te kunnen bewegen.

De moeilijkheid bij het aanpassen van SLAM-algoritmen aan kwantumsystemen is dat als je meet, of karakteriseren, de prestaties van een enkele qubit, je vernietigt zijn kwantuminformatie.

Wat mevrouw Gupta heeft gedaan, is een adaptief algoritme ontwikkelen dat de prestaties van één qubit meet en die informatie gebruikt om de mogelijkheden van nabijgelegen qubits te schatten.

"We hebben dit 'Noise Mapping for Quantum Architectures' genoemd. In plaats van de klassieke omgeving voor elke qubit te schatten, we zijn in staat om het proces te automatiseren, vermindering van het aantal benodigde metingen en qubits, wat het hele proces versnelt, ' zei mevrouw Gupta.

Dr. Cornelius Hempel, wiens experimentele team mevrouw Gupta gegevens van experimenten op een eendimensionale reeks van ingesloten ionen voorzag, zei dat hij blij was een drievoudige verbetering te zien, zelfs bij het in kaart brengen van zo'n klein kwantumsysteem.

"Echter, toen Riddhi dit proces modelleerde in een groter en complexer systeem, de snelheidsverbetering was maar liefst twintigvoudig. Dit is een geweldig resultaat, aangezien de toekomst van kwantumverwerking zich in grotere apparaten bevindt, " hij zei.

De promotor van mevrouw Gupta is professor Michael J. Biercuk, oprichter van kwantumtechnologiebedrijf Q-CTRL en directeur van het Quantum Control Laboratory van de University of Sydney in de Sydney Nanoscience Hub.

Hij zei:"Dit werk is een opwindende demonstratie dat state-of-the-art kennis in robotica de toekomst van kwantumcomputing direct kan vormen. Dit was een eerste stap om concepten uit deze twee velden te verenigen, en we zien een zeer mooie toekomst voor de verdere ontwikkeling van kwantumregeltechniek."