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动力学解耦有效提高量子计算机保真度

2018-12-04 09:48:53 来源:科技日报

  美国南加州大学研究人员在最新一期《物理评论快报》上发表论文称,他们通过动力学解耦方法,在IBM和Rigetti的量子计算平台中成功实现了量子计算保真度的高度增益,证明动力学解耦是一种比其他量子误差校正手段更容易、更有效的抑制量子退相干策略,能够更好地弥补量子计算易受干扰、容易出错的弱点。

  所谓量子退相干,是指量子系统状态间相互干涉的性质会随着时间逐步丧失,是开发量子计算机必须要面对的一个问题。量子计算过程中,量子比特的稳定性很容易受到声音、温度、振动等环境噪声影响,相干性逐步丧失,量子态的持续时间减少,进而降低量子计算保真度。因此,开发有效的抑制量子退相干策略是量子计算机研究的重点课题。而动力学解耦则是一种简单的开环量子控制技术,通过快速的时变控制调制来抑制退相干。

  在新研究中,研究人员使用了IBM16量子比特的QX5和Rigetti19量子比特的Acorn两个通用量子计算平台。为实现动力学解耦,研究人员向超导量子比特发射精确聚焦的微电磁能计时脉冲。通过操纵脉冲,他们能够将量子比特包络在微环境中,与周围的环境噪声隔离,从而长久保持量子态。虽然这一实验的时间跨度非常短,仅600纳秒(1纳秒为十亿分之一秒),使用脉冲数量也不超过200个,但获得的保真度增益却相当可观:IBM量子计算平台的最终保真度提高了3倍,从28.9%提高到88.4%;Rigetti量子计算平台的最终保真度提高了17%,从59.8%升至77.1%。

  研究人员指出,这是他们首次在基于云的超导量子比特平台上成功抑制退相干,相关结果表明,动力学解耦方法很适合在环境噪音相对较大的、基于云的小规模量子计算机中应用,其效果比迄今为止尝试过的其他量子误差校正方法都要好。

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