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量子物理学家的目标是在量子计算期间扩展量子比特的数量,同时保持高保真量子门。由于这一过程伴随着精确的频率要求,因此具有非常大的挑战性。目前有超过50个量子比特的超导量子处理器,这些固定频率的变换器因其长相干性和抗噪声性而具有吸引力。
“transmon”是一种超导电荷量子比特,旨在降低对电荷噪声的敏感性。此前,《科学进展》期刊发表了一篇来自Eric J. Zhang、IBM Quantum科学家团队和IBM TJ Watson研究中心联合撰写的一份报告中。研究团队使用激光退火有选择地将transmon量子比特选择性地调谐到所需的频率模式。该团队实现了18.5MHz的调谐精度,对量子相干性没有任何可测量的影响,并设想以这种方式促进选择性退火,以在固定频率架构中发挥核心作用。
随机受损量子比特的激光退火(LASIQ)
多量子比特系统可以建立在超导电路量子电动力学体系结构上,用于各种应用,包括实现Shor的因式分解算法、量子化学模拟和机器学习。研究人员还使用量子体积度量来跟踪给定处理器的量子处理能力的持续发展。
量子物理学家最近开发了一种称为“LASIQ”的随机受损量比特的激光退火技术。通过激光热退火调整单个量子比特频率,以增加跨蒙晶格的无碰撞产量。在这项工作中,Zhang等人展示了LASIQ作为一种可扩展的方法,获得了预期的激光调谐精度。除了调谐量子比特的数量外,他们还测量了多量子比特芯片的功能参数,以实现高处理器性能。
研究期间,他们通过调整65量子位蜂鸟处理器探索了LASIQ的扩展能力。Zhang等人设想,LASIQ过程将被用作未来几代超导量子系统中固定频率transmon结构的可伸缩频率调谐工具。
LASIQ调谐27位Falcon处理器并提高调谐精度
作为概念证明,该团队展示了使用27量子比特Falcon处理器进行频率调谐以预测频率目标。他们将Falcon芯片系列基于六方晶格,并在环境条件下进行所有测量,以实现调谐频率。
科学家们以两倍于碰撞容限的方式避开最近邻碰撞,以提高芯片产量,对抗双量子态杂交。除了避免碰撞,研究小组还调整了所有目标,防止辐射量子比特弛豫。完成LASIQ过程后,他们冷却了量子处理器,并对相干和单或双量子比特门保真度以及量子体积评估进行了筛选。
科学家们将LASIQ调谐精度的限制视为过程本身的限制。例如当Zhang等人分析了390个调谐量子比特的大样本时,其中349个可以成功调谐到目标,在实验过程中调谐成功率为 89.5%。这项工作展示了LASIQ如何为固定频率传输处理器的高产量缩放,提供可行的制造后修整工艺。研究结果提供了更多空间改进频率预测,以达到更高的调谐精度。
量子比特相干与量子门保真度
为了确定激光调谐对量子比特相干性(量子系统的独特属性)的影响,科学家们使用了一组由4个冷却蜂鸟处理器组成的组合,并提高了它们的相干性。他们观察到良好的对应关系,表明LASIQ过程对量子位相干性的影响可以忽略不计。
作为LASIQ调谐能力的实际演示,Zhang等人对65量子比特的蜂鸟处理器进行了激光调谐,通过避免最近邻水平退化来生成LASIQ调谐计划,同时保持跨区域的能级分离。科学家们在LASIQ之后冷却了65量子比特处理器,并测量了量子比特频率以及两个量子比特门之间的频率失谐密度。结果产生了两个量子比特门100%的工作效率,进一步的工作将确定精确的碰撞约束,并确定晶格尺寸逐渐增大的高保真调谐区域。
观点
通过这种方式,AdamJ.Zhang及其同事对Falcon和蜂鸟IBM quantum处理器类型都实现了显著的产量改进和高双量子比特门保真度。基于这些结果,他们强调了LASIQ激光退火对随机受损量子比特的影响,一种有效的制作后频率调谐方法。该方法可以应用于基于固定频率transmon结构的多量子比特过程。
该方法为频率拥挤问题提供了一个可扩展的解决方案,并具有在逐渐增大的量子处理器中缩放量子比特的适应性。未来的工作将包括调整计划,以最大限度地减少近邻碰撞和观众碰撞的误差,从而获得最大的收益。
来源:荣格-《国际工业激光商情》
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