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原标题:科学家们找到了一种提高量子计算机性能的方法

浏览次数:168 时间:2019-10-01

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。

Lidar说,总体而言,研究结果表明DD方法比迄今为止尝试过的其他量子误差校正方法更有效。

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。

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。

实验的时间序列非常小,最多200个脉冲跨越600纳秒。十亿分之一秒或一纳秒,是光行进一英尺所需的时间。

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%。

“据我们所知,”研究人员写道,“这相当于第一次明确证明了基于云的超导量子比特平台成功消除差异......我们希望所吸取的教训具有广泛的适用性。”

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。

“量子计算是下一个将改变世界的技术前沿,我们不能落后,”哈里斯在准备好的讲话中说。“它可以为下一代创造就业机会,治愈疾病,最重要的是使我们的国家变得更强大和更安全......如果没有在量子计算方面进行充分的研究和协调,我们就有可能落后于我们在网络空间竞赛中的全球竞争,这让我们失望易受我们对手的攻击,“她说。

对于IBM量子计算机,最终保真度提高了三倍,从28.9%提高到88.4%。根据该研究,对于Rigetti量子计算机,最终保真度提高了17%,从59.8升至77.1。科学家们测试了保真度改进的持续时间,并发现更多的脉冲总能改善Rigetti计算机的重要性,而IBM计算机的脉冲数量限制在100左右。

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。

量子计算机速度快但易碎

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为了实现动态解耦,研究人员使用紧密聚焦的定时脉冲微小电磁能量对超导量子比特进行了洗涤。通过操纵脉冲,科学家能够将微量环境中的量子位包围,与周围环境噪声隔离或去耦,从而使量子态永久化。

USC研究涉及多个量子计算平台

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。

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