Исследователи из Регенсбурга и MIT снизили ошибки вентилей сверхпроводящего кубита до 77% с помощью FPGA
Протокол «1-битной обратной связи» на контроллере с FPGA компенсировал скачки частоты кубита из-за TLS-дефектов: средняя ошибка одиночного вентиля упала с 0,14% до 0,065%.
Исследователи из Университета Регенсбурга, MIT и ряда других учреждений продемонстрировали адаптивный протокол, который стабилизирует сверхпроводящий кубит, чья частота скачкообразно меняется между двумя значениями. Работа опубликована в Applied Physics Reviews aip.org
Applied Physics Reviewsaip.orgОткрыть источник ↗. В эксперименте использовали кубит из центра квантовых вычислений в Израиле и классический контроллер на программируемой вентильной матрице (FPGA). Средняя ошибка одиночных кубитных вентилей снизилась с примерно 0,14% до 0,065%, то есть на 54%.
Бистабильный кубит и TLS-дефекты
Паразитные двухуровневые дефекты (TLS) ограничивают стабильность и характеристики твердотельных квантовых процессоров. Взаимодействие с таким дефектом может вызывать дискретные случайные сдвиги частоты кубита, делая его бистабильным. В этом устройстве кубит переключался между двумя частотами, отличающимися примерно на 374 кГц, при рабочей частоте около 5,10 ГГц. Разница составляет 0,0073% от этого значения. Авторы предполагают, что причиной было взаимодействие с одним материальным дефектом.
Сверхпроводящим кубитам нужны точные микроволновые импульсы. После внезапного скачка частоты заранее подобранный импульс может вызвать неверную операцию или фазовую ошибку, поэтому однократной калибровки не всегда достаточно.
Протокол «1-битной обратной связи»
Авторы называют метод «1-bit feedback». Перед основной последовательностью операций система готовит кубит в подходящем состоянии, даёт ему кратко эволюционировать и выполняет одно однократное измерение. Результат показывает, какая из двух известных частот активна сейчас, и контроллер на FPGA соответственно корректирует систему отсчёта управления aip.org
Applied Physics Reviewsaip.orgОткрыть источник ↗. Ручная калибровка перед каждой операцией не нужна. Поскольку диагностика предшествует вычислительной последовательности, квантовое состояние, обрабатываемое программой, не считывается.
По данным авторов, протокол достигает информационного предела, заданного собственной энтропией кубита. Его проверили, подавив вызванные TLS биения Рамзи, и применили для стабилизации точности вентилей во времени: полоса оценки составила около 136 кГц, снижение ошибок — 77%. Цифра 77% дана относительно наибольших ошибок, наблюдавшихся без автоматической коррекции.
Ограничения результата
Эти значения получены в одном эксперименте на одном кубите, а не на целом квантовом компьютере. Метод требует заранее знать обе возможные частоты, а кубит должен оставаться в данном состоянии достаточно долго, чтобы контроллер успел отреагировать. Он не равнозначен полноценной квантовой коррекции ошибок. Авторы пишут, что подход может позволить работу будущих больших массивов кубитов, страдающих от немногих оставшихся дискретных нестабильностей.
