量子计算需要一个平衡的有序和无序

卓越研究集群内物质与光量子计算的(ML4Q)分析了尖端设备结构的量子计算机证明确实有些操作混乱的崩盘的危险地接近一个阈值。之间的挑战是要走一条细线太高,但也过低症维护设备操作。量子计算研究的Transmon平台受到混乱的波动的今天发表在自然通讯。

在未来可能成为一个关键技术,科技巨头IBM和谷歌投资巨大的资源为量子计算硬件的发展。然而,目前平台还没有准备的实际应用。仍有多重挑战,其中包括控制设备缺陷(“障碍”)。

这是一个古老的稳定预防措施:当大批人跨越桥梁,他们需要避免行进在步骤防止共振的形成不稳定的建设。也许相反,超导transmon量子位处理器——一个技术先进的量子计算由IBM支持平台,谷歌,和其他财团——依赖于相同的原则:故意引入混乱街区的形成共振混乱的波动,因此成为一个重要组成部分的生产multi-qubit处理器。

理解这个看似矛盾的观点,一个人应该把transmon量子位作为一种摆。量子位相互联系形成一个计算耦合摆的结构定义一个系统——一个系统,喜欢古典钟摆,可以很容易地控制不住地兴奋大振荡灾难性的后果。在量子世界中,这种无法控制的振动导致的破坏量子信息;电脑变得无法使用。故意介绍当地的解谐单摆阻止这样的现象。

transmon芯片不仅容忍但实际上需要有效的随机qubit-to-qubit设备缺陷,”解释Christoph伯克,毕业博士生的西蒙Trebst科隆大学和论文的第一作者。“在我们的研究中,我们要求可靠的随机原则的“稳定”的实践。通过应用先进的诊断理论的无序系统中,我们可以发现,至少有一些工业追求系统的架构是危险的不稳定。”

从的角度基本量子物理学,transmon处理器是一个多体的量子系统量子化的能级。最先进的数值工具允许这些离散程度的函数来计算一个相关的系统参数,获取模式表面上像一团煮熟的意大利面条。仔细分析这种结构的实际模仿谷歌和IBM芯片的诊断工具之一应用于纸张地图transmon量子计算的稳定性图。

当我们谷歌IBM芯片相比,我们发现,在后一种情况下量子位态可能是耦合在一定程度上控制闸门操作可能会妥协,”Simon Trebst说计算凝聚态物理集团科隆大学的。为了确保控制门操作,因此需要一个稳定的量子位之间的微妙平衡的完整性和启用inter-qubit耦合。面准备的说法,一个人需要准备量子计算机处理器臻于完美,保持能量状态有嚼劲的,避免他们缠绕的干戈。

障碍的研究transmon硬件作为集群的一部分执行卓越ML4Q的研究小组之间的合作大学的西蒙Trebst和亚历山大Altland科隆和大卫的集团DiVincenzo亚琛工业大学Forschungszentrum j。“这个合作项目是非常独特的”,表示亚历山大Altland理论物理研究所的古龙香水。“我们互补的知识transmon硬件、复杂多体系统的数值模拟,和量子混沌是一个完美的先决条件与障碍可以理解量子信息保护。它还表明见解获得小参考系统可以被转移到application-relevant设计尺度”。

创始主任David DiVincenzo JARA-Institute亚琛工业大学量子信息,吸引了以下的结论:“我们的研究表明是多么重要硬件开发人员把设备造型与先进的量子随机性方法和整合“混乱”诊断常规量子位处理器设计超导平台的一部分。”

参考:伯克C, E Varvelis Trebst年代,Atland DiVincenzo DP。Transmon量子计算平台受到混乱的波动。Nat通讯。2022;13:2495。doi:10.1038 / s41467 - 022 - 29940 - y

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