Kwantumfysici streven ernaar om het aantal qubits te schalen tijdens kwantumcomputing, met behoud van high-fidelity kwantumpoorten; dit is een uitdagende taak vanwege de precieze frequentie-eisen die met het proces gepaard gaan. Supergeleidende kwantumprocessors met meer dan 50 qubits zijn momenteel actief beschikbaar en deze transmonen met vaste frequentie zijn aantrekkelijk vanwege hun lange coherentie en ruisimmuniteit. Een transmon is een soort supergeleidende ladingsqubit die is ontworpen om een ​​verminderde gevoeligheid voor laadruis te hebben. In een nieuw rapport dat nu is gepubliceerd in Science Advances , Eric J. Zhang en een team van wetenschappers van IBM Quantum, IBM T.J. Watson Research Center, New York, VS, gebruikte lasergloeien om transmon-qubits selectief af te stemmen op de gewenste frequentiepatronen. Het onderzoeksteam bereikte een afstemmingsprecisie van 18,5 MHz, zonder enige meetbare impact op de kwantumcoherentie, en stelt zich voor om selectieve annealing op deze manier te faciliteren om een ​​centrale rol te spelen in vaste frequentie-architecturen.

Lasergloeien van stochastisch gestoorde qubits (LASIQ)

Multi-qubit-systemen kunnen worden gebouwd op supergeleidende kwantumelektrodynamische architecturen voor een verscheidenheid aan toepassingen, waaronder het implementeren van Shor's factoring-algoritme, kwantumchemiesimulaties en machine learning. Onderzoekers hebben ook de metriek van het kwantumvolume gebruikt om de voortdurende voortgang van de kwantumverwerkingskracht voor een bepaalde processor te volgen. Kwantumfysici hadden onlangs een techniek ontwikkeld voor het lasergloeien van stochastisch gestoorde qubits, afgekort LASIQ om de botsingsvrije opbrengst van transmonroosters te vergroten door individuele qubitfrequenties af te stemmen via thermische lasergloeiing. In dit werk demonstreerden Zhang et al. het LASIQ-proces als een schaalbare methode om de verwachte precisie voor laserafstemming te verkrijgen. Naast het aantal afgestemde qubits, maten ze de functionele parameters van multi-qubit-chips voor hoge processorprestaties. Tijdens het onderzoek verkenden ze de LASIQ-schaalmogelijkheden door een 65-qubit Hummingbird-processor (toegankelijk als ibmq_manhattan) af te stemmen. Zhang et al. stel je voor dat het LASIQ-proces zal worden gebruikt als een schaalbaar frequentie-afsteminstrument voor transmon-architecturen met vaste frequentie in toekomstige generaties van supergeleidende kwantumsystemen.

Als proof of concept toonde het team frequentieafstemming met een 27-qubit Falcon-processor om frequentiedoelen te voorspellen. Ze baseerden de Falcon-chipserie op een zwaar-hexagonaal rooster en voerden alle metingen uit bij omgevingscondities om afgestemde frequenties te bereiken. De wetenschappers ontweken botsingen met naaste buren met tweemaal de botsingstolerantie om de chipopbrengst te verbeteren tegen hybridisatie van twee qubit-toestanden. Naast het vermijden van botsingen, heeft het team alle doelen afgestemd om stralings-qubit-relaxatie te voorkomen. Na het LASIQ-proces te hebben voltooid, hebben ze de kwantumprocessor gekoeld en gescreend op coherentie en single- of two-qubit gate-getrouwheid, evenals op kwantumvolumebeoordeling.

De wetenschappers noemden de limieten van de LASIQ-afstemmingsprecisie als beperkingen van het proces zelf. Toen Zhang et al. bijvoorbeeld een grote steekproef van 390 afgestemde qubits analyseerden, konden 349 daarvan tijdens het experiment met succes worden afgestemd om een ​​​​succespercentage van 89,5 procent te behalen. Het werk toonde aan hoe LASIQ een levensvatbaar trimproces na de fabricage bood voor schaling met hoge opbrengst van transmonprocessors met een vaste frequentie. Het resultaat biedt meer ruimte om frequentievoorspellingen te verbeteren om een ​​grotere afstemmingsprecisie te bereiken.

Qubit-coherentie en gate-fidelity

Om het effect van lasertuning op qubit-coherentie (een unieke eigenschap van een kwantumsysteem) te bepalen, gebruikten de wetenschappers een samengestelde set van vier gekoelde Hummingbird-processors en verhoogden ze hun coherentie. Ze observeerden een goede overeenkomst, wat wijst op een verwaarloosbaar effect van het LASIQ-proces op de qubit-coherentie. Als praktische demonstratie van de afstemmingsmogelijkheden van LASIQ hebben Zhang et al. een 65-qubit Hummingbird-processor met laser afgesteld, operationeel toegankelijk voor de cloud als ibmq_manhattan. Ze hebben het LASIQ-afstemmingsplan gegenereerd door degeneraties op het niveau van de naaste buren te vermijden, terwijl ze de niveauscheiding in het grensoverschrijdende regime handhaafden. De wetenschappers koelden de 65-qubit-processor na LASIQ en maten qubit-frequenties met een dichtheid van frequentie-ontstemming tussen twee-qubit poortparen. De resultaten genereerden een opbrengst van 100 procent aan werkende twee-qubit-poorten, verder werk zal de exacte botsingsbeperkingen bepalen en high-fidelity-afstemmingsregimes identificeren met progressief grotere roostergroottes.

Vooruitzichten

Op deze manier bereikten Adam J. Zhang en collega's een aanzienlijke opbrengstverbetering en hoge twee-qubit gate-fidelities voor zowel Falcon- als Hummingbird IBM-quantumprocessortypen. Op basis van de resultaten benadrukten ze de invloed van LASIQ:lasergloeien van stochastisch gestoorde qubits; een affectieve post-fabricage frequentie-afstemmethode. De methode kan worden toegepast op multi-qubit-processen op basis van transmon-architecturen met vaste frequentie. De methode biedt een schaalbare oplossing voor het probleem van frequency crowding, met aanpasbaarheid om qubits te schalen in steeds grotere kwantumprocessors. Toekomstig werk zal onder meer afstemmingsplannen omvatten om fouten van botsingen met nabije buren en botsingen met toeschouwers te minimaliseren voor een maximale opbrengst. + Verder verkennen

Er is een verstrengelde toestand van drie qubits gerealiseerd in een volledig controleerbare reeks spin-qubits in silicium

© 2022 Science X Network