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动力学解耦:更有效的抑制量子退相干策略

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动力学解耦:更有效的抑制量子退相干策略

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南加州大学的科学家已经展示了一种提高量子计算机性能的理论方法,这是扩大技术的重要一步,可以解决一些社会面临的最大挑战。

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。

该方法通过抑制错误的计算同时提高结果的保真度来解决困扰下一代计算机性能的弱点,这是在机器能够按预期超越经典计算机之前的关键步骤。它被称为动态解耦,它在两台量子计算机上运行,​​比其他补救措施更容易,更可靠,并且可以通过云访问,这是动态解耦的第一个。

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。

该技术管理断续的微小聚焦能量脉冲突发,以抵消干扰敏感计算的环境干扰。研究人员报告称,他们能够维持量子态长达三倍于不受控状态的量子态。

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,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%。

555彩票官网首页,这是向前迈出的一步,南加州大学电子工程,化学和物理学教授,南加州大学量子信息科学与技术中心(CQIST)主任Daniel Lidar说。没有错误抑制,量子计算就无法超越经典计算。

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。

结果发表在今天的物理评论快报上。Lidar是南加州大学维特比工程学教授,也是该研究的通讯作者;他领导了CQIST的一个研究小组,这是USC Viterbi工程学院和USC Dornsife文学,艺术和科学学院的合作。IBM和Bay Area初创公司Rigetti Computing为其量子计算机提供了云访问。

量子计算机速度快但易碎

量子计算机有可能使当今的超级计算机变得过时,并推动医学,金融和国防能力的突破。它们利用与硅计算机芯片完全不同的原子的速度和行为来执行看似不可能的计算。

量子计算具有优化新药物疗法,气候变化模型和新机器设计的潜力。它们可以实现更快的产品交付,降低制成品的成本和更高效的运输。它们由量子比特,亚原子主力和量子计算的构建块提供动力。

但是量子比赛与高性能赛车一样具有气质。它们快速且高科技,但容易出错并需要稳定性来维持计算。当它们不能正常运行时,它们会产生较差的结果,这限制了它们相对于传统计算机的能力。世界各地的科学家尚未实现量子优势

  • 量子计算机在任何任务上都优于传统计算机。

问题是噪音,这是对声音,温度和振动等扰动的全能描述。它可以破坏量子比特的稳定性,这会产生退相干,这会扰乱量子态的持续时间,从而减少量子计算机执行任务的时间,同时获得准确的结果。

噪声和退相干有很大的影响和破坏计算,而噪声太大的量子计算机也没用,Lidar解释道。但如果你能解决与噪音相关的问题,那么你就会开始接近量子计算机变得比经典计算机更有用的地步。

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