В недавнем выпуске Physical Review A исследователи Argonne сообщили о новом методе смягчения воздействия «шума» в квантовых информационных системах — задача, с которой сталкиваются ученые всего мира в гонке к новой эре квантовых технологий. Новый метод имеет значение для будущего квантовой информатики, включая квантовые вычисления и квантовое зондирование.

Многие современные приложения квантовой информации, такие как выполнение алгоритма на квантовом компьютере, страдают от «декогеренции» — потери информации из-за «шума», присущего квантовому оборудованию. Мэтью Оттен, научный сотрудник Maria Goeppert Mayer в Аргонне, и Стивен Грей, руководитель группы по теории и моделированию в Центре наноразмерных материалов, Учебное заведение Министерства энергетики США, разработали новую методику, которая восстанавливает эту потерянную информацию повторение квантового процесса или эксперимента много раз с немного отличающимися характеристиками шума, а затем анализ результатов.

После сбора результатов путем многократного или параллельного запуска процесса, исследователи создают гиперповерхность, где одна ось представляет результат измерения, а две другие (или более) оси представляют разные параметры шума. Эта гиперповерхность дает оценку наблюдаемой без шума и дает информацию о влиянии каждой скорости шума.

«Это похоже на серию некорректных фотографий», — сказал Оттен. «У каждой фотографии есть недостаток, но в другом месте на картинке. Когда мы собираем все четкие части из ошибочных фотографий вместе, мы получаем одну четкую картинку».

Применение этого метода эффективно уменьшает квантовый шум без необходимости дополнительного квантового оборудования.

«Это универсальный метод, который может быть реализован с помощью отдельных квантовых систем, проходящих один и тот же процесс в одно и то же время», — сказал Оттен.

«Можно создать несколько небольших квантовых устройств и запускать их параллельно», — сказал Грей. «Используя наш метод, можно было бы объединить результаты на гиперповерхности и создать приблизительные безшумные наблюдаемые. Результаты помогли бы расширить полезность квантовых устройств, прежде чем начнется декогеренция».

«Мы успешно провели простую демонстрацию нашего метода на квантовом компьютере Rigetti 8Q-Agave», — сказал Оттен. «Этот класс методов, вероятно, найдет широкое применение в краткосрочных квантовых устройствах».

Работа исследователей, описанная выше, появляется в Physical Review A и озаглавлена ​​«Восстановление бесшумных квантовых наблюдаемых».

Оттен и Грэй также разработали аналогичный и несколько менее сложный в вычислительном отношении процесс для достижения результатов уменьшения шума, основанный на коррекции одного кубита за раз, чтобы приблизить результат для всех кубитов, исправляемых одновременно. Кубит, или квантовый бит, является эквивалентом в квантовых вычислениях двоичной цифры или бита, используемых в классических вычислениях.

«В этом подходе мы предполагаем, что шум может быть уменьшен на каждом кубите индивидуально, что, хотя и является экспериментально сложной задачей, приводит к гораздо более простой проблеме обработки данных и приводит к оценке результата без шума», — отметил Оттен.