Buscando un método para reducir el error en sistemas cuánticos ruidosos, Kajsa Williams y Louis-S. Bouchard, investigadores del Centro de Ciencia e Ingeniería Cuántica de la Universidad de California en Los Ángeles, implementaron y evaluaron el rendimiento de las puertas de un solo qubit utilizando pulsos compuestos y adiabáticos especialmente diseñados. Si bien no encontraron ventajas particulares en términos de fugas y filtraciones de las compuertas en comparación con las compuertas estándar, la robustez para controlar el error de campo mejoró enormemente.
Su investigación se publica en Intelligent Computing .
La computación cuántica en dispositivos cuánticos modernos y ruidosos de escala intermedia sigue siendo ventajosa sólo para aplicaciones específicas. Intentar aumentar la duración y la complejidad de los cálculos realizados en estos dispositivos conduce rápidamente a la acumulación de una cantidad inaceptable de errores.
Mejorar la robustez de las puertas para controlar la deriva del sistema mitigaría la acumulación de errores y, por tanto, aumentaría la gama de posibles aplicaciones de la computación cuántica. Los diseños de Williams y Bouchard de pulsos compuestos y adiabáticos para implementar puertas de un solo qubit mejoraron la robustez en casi un orden de magnitud.
Williams y Bouchard utilizaron la herramienta de software Qiskit y la plataforma IBM Quantum Experience (IBM-QE) para implementar y validar pulsos compuestos y pulsos adiabáticos para controlar un qubit superconductor. Realizaron procedimientos de calibración para determinar una frecuencia portadora para los pulsos que les permitiría demostrar una mejora en relación con el pulso predeterminado. Después de elegir los parámetros para los pulsos compuestos, simularon el efecto de los pulsos usando Python.
También se utilizó Python para buscar parámetros para los pulsos adiabáticos que diseñaron antes de su implementación y validación en IBM-QE.
Utilizaron sus pulsos especialmente diseñados (una variedad de pulsos gaussianos, DRAG y HS1) para controlar un qubit transmon en la plataforma IBM-QE y el procesador cuántico superconductor Lima. Se utilizó una evaluación comparativa aleatoria para la evaluación del desempeño. Los pulsos adiabáticos de paso completo fueron los más robustos de los pulsos probados.
Según los autores, "la implementación exitosa de pulsos [de paso completo adiabático] sólo de 2,8 a 5 veces más largos que los pulsos individuales hace posibles esquemas compuestos [de paso completo adiabático]; de lo contrario, tales pulsos consumirían una proporción insostenible del tiempo de coherencia intrínseca. "
El trabajo futuro podría centrarse en reducir los errores mediante la mitigación de fugas y filtraciones. La fuga se refiere al fenómeno en el que un qubit pasa de los estados designados para el cálculo a estados de mayor energía que no forman parte de las operaciones computacionales. Esto puede ocurrir debido a imperfecciones en los pulsos de control o interacciones con el medio ambiente.
Las fugas son problemáticas porque pueden provocar errores que no se corrigen fácilmente mediante técnicas estándar de corrección de errores cuánticos. La filtración es un concepto relacionado y se refiere a la velocidad a la que los qubits regresan del estado de fuga. La filtración también es problemática porque algunos qubits regresan a estados incorrectos. Tanto las fugas como las filtraciones son factores importantes a la hora de evaluar la fidelidad y la solidez de las operaciones cuánticas en dispositivos NISQ.
Más información: Kajsa Williams et al, Cuantificación de la robustez, las fugas y las filtraciones de puertas compuestas y adiabáticas en sistemas NISQ modernos, Computación inteligente (2023). DOI:10.34133/icomputing.0069
Proporcionado por Computación Inteligente
