Квантовую операцию выполнили за 4 наносекунды с точностью более 99 процентов
Исследователи разработали способ быстрого и точного управления квантовыми битами — основными элементами квантовых компьютеров. Благодаря системе из трех квантовых точек и искусственному интеллекту им удалось выполнить операцию всего за четыре миллиардные доли секунды.
Источник: Новости науки
МОСКВА, 26 октября. /Новости науки/. Исследователи научились выполнять операции с квантовым битом за четыре миллиардные доли секунды с точностью около 99,6%. Для этого они использовали систему из трех квантовых точек. Об этом говорится в статье, опубликованной в журнале npj Quantum Information.
Квантовые компьютеры используют кубиты — элементы, которые хранят и обрабатывают квантовую информацию. Одним из способов их создания является управление спином электрона — его квантовым свойством, которое можно представить как направление крошечного магнита. Для изменения состояния такого кубита исследователи применяют электрические сигналы. Однако чем быстрее происходит управление, тем сложнее защитить систему от помех, способных вызвать ошибки в вычислениях.
Обычно в подобных устройствах используют две квантовые точки — миниатюрные области, в которых можно удерживать электроны. Электрическое управление позволяет быстро изменять состояние кубита, но одновременно делает его чувствительным к колебаниям напряжения. Из-за этого исследователям приходится искать компромисс между скоростью работы и точностью выполнения операций.
Для решения проблемы специалисты создали устройство на основе трех квантовых точек, изготовленное из арсенида галлия — полупроводникового материала. Третья точка дала возможность дополнительно настраивать поведение электрона, не снижая скорости управления его состоянием. Благодаря этому удалось уменьшить влияние электрических помех, которые могут нарушать работу кубита.
Эксперименты показали, что частота управляемых изменений квантового состояния превысила 100 мегагерц. Это позволило выполнять операции с высокой скоростью. В частности, исследователи осуществили поворот квантового состояния на 90 градусов примерно за четыре наносекунды. Точность выполнения этой операции, характеризующая соответствие полученного результата заданному, достигла 99,56%.
Искусственный интеллект помог уменьшить ошибки
Дополнительно специалисты использовали искусственный интеллект для контроля работы кубита. Нейросеть отслеживала медленные изменения его рабочей частоты и помогала корректировать настройки устройства. Это позволило уменьшить колебания частоты, которые могли снижать точность квантовых операций.
После применения нейросети стандартное отклонение частоты сократилось примерно до 400 килогерц. В сочетании с настройкой трех квантовых точек такой подход позволил одновременно обеспечить высокую скорость управления и снизить влияние помех.
Главная особенность разработки заключается в возможности изменять характеристики кубита с помощью электрических настроек уже после изготовления устройства. В системах с двумя квантовыми точками возможности такой настройки ограничены, поскольку повышение скорости управления обычно сопровождается ростом чувствительности к помехам.
Квантовые компьютеры используют кубиты — элементы, которые хранят и обрабатывают квантовую информацию. Одним из способов их создания является управление спином электрона — его квантовым свойством, которое можно представить как направление крошечного магнита. Для изменения состояния такого кубита исследователи применяют электрические сигналы. Однако чем быстрее происходит управление, тем сложнее защитить систему от помех, способных вызвать ошибки в вычислениях.
Обычно в подобных устройствах используют две квантовые точки — миниатюрные области, в которых можно удерживать электроны. Электрическое управление позволяет быстро изменять состояние кубита, но одновременно делает его чувствительным к колебаниям напряжения. Из-за этого исследователям приходится искать компромисс между скоростью работы и точностью выполнения операций.
Для решения проблемы специалисты создали устройство на основе трех квантовых точек, изготовленное из арсенида галлия — полупроводникового материала. Третья точка дала возможность дополнительно настраивать поведение электрона, не снижая скорости управления его состоянием. Благодаря этому удалось уменьшить влияние электрических помех, которые могут нарушать работу кубита.
Эксперименты показали, что частота управляемых изменений квантового состояния превысила 100 мегагерц. Это позволило выполнять операции с высокой скоростью. В частности, исследователи осуществили поворот квантового состояния на 90 градусов примерно за четыре наносекунды. Точность выполнения этой операции, характеризующая соответствие полученного результата заданному, достигла 99,56%.
Искусственный интеллект помог уменьшить ошибки
Дополнительно специалисты использовали искусственный интеллект для контроля работы кубита. Нейросеть отслеживала медленные изменения его рабочей частоты и помогала корректировать настройки устройства. Это позволило уменьшить колебания частоты, которые могли снижать точность квантовых операций.
После применения нейросети стандартное отклонение частоты сократилось примерно до 400 килогерц. В сочетании с настройкой трех квантовых точек такой подход позволил одновременно обеспечить высокую скорость управления и снизить влияние помех.
Главная особенность разработки заключается в возможности изменять характеристики кубита с помощью электрических настроек уже после изготовления устройства. В системах с двумя квантовыми точками возможности такой настройки ограничены, поскольку повышение скорости управления обычно сопровождается ростом чувствительности к помехам.
