Ricercatore di Google Quantum AI Realizza Una Svolta nella Gestione delle Perdite per la Correzione degli Errori Quantistici Scalabili

Ricercatore di Google Quantum AI Realizza un Avanzamento nella Gestione delle Perdite per la Correzione Scalabile degli Errori Quantistici

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In una recente pubblicazione su Nature Physics, ricercatori provenienti da Google Quantum AI e altri istituti hanno affrontato una sfida critica nella computazione quantistica: la suscettibilità dei qubit, in particolare quelli dei dispositivi quantistici di Google, agli errori, in particolare agli errori di inversione di bit e fase. Questi errori ostacolano la creazione di un computer quantistico affidabile. La correzione degli errori quantistici (QEC) è stata un’approccio promettente, ma si trova di fronte ad ostacoli dovuti a diversi meccanismi di errore oltre agli errori di inversione di bit e fase.

Il paper identifica una fonte aggiuntiva di errori derivanti dai livelli energetici superiori, noti come stati di perdita, nei qubit transmon, i qubit superconduttori alla base dei processori quantistici di Google. Questi stati di perdita possono corrompere i qubit vicini durante le operazioni quantistiche, in particolare durante l’operazione del gate CZ ampiamente utilizzato, causando errori operativi e ostacolando l’esecuzione degli algoritmi.

Per superare questa sfida, i ricercatori hanno introdotto una nuova operazione quantistica chiamata Rimozione delle Perdite dei Qubit di Dati (DQLR). DQLR mira specificamente agli stati di perdita nei qubit di dati e li converte efficientemente in stati computazionali. Questo processo prevede un gate a due qubit, Leakage iSWAP, ispirato al gate CZ, seguito da un ripristino rapido del qubit di misura per rimuovere gli errori.

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Lo studio dimostra che DQLR riduce significativamente la popolazione media degli stati di perdita su tutti i qubit, passando dal quasi 1% a circa lo 0,1%. È importante sottolineare che DQLR impedisce un aumento graduale della perdita dei qubit di dati osservato prima della sua implementazione.

Tuttavia, i ricercatori sottolineano che la rimozione delle perdite da sola non è sufficiente. Hanno condotto esperimenti di Correzione degli Errori Quantistici (QEC) con DQLR interleaved alla fine di ogni ciclo, garantendo la compatibilità con la conservazione di uno stato quantistico logico. I risultati hanno mostrato un miglioramento notevole nella metrica della probabilità di rilevamento, indicando un’esecuzione di QEC riuscita. Inoltre, DQLR ha superato un metodo chiamato Rimozione delle Perdite di Misura (MLR), che, sebbene efficace nel ridurre le perdite, cancellava anche lo stato quantistico memorizzato.

In conclusione, DQLR offre promesse per esperimenti di QEC su larga scala, prevedendo un miglioramento dei meccanismi di errore al di fuori delle perdite e un’aumentata sensibilità alle perdite in griglie di transmon più grandi. I ricercatori ritengono che comprendere ed affrontare in modo efficace le perdite e gli errori ad esse associati rappresenti un significativo passo avanti nella realizzazione di un protocollo di QEC in codice di superficie su una grande griglia di qubit transmon. I ricercatori hanno identificato e affrontato una sfida critica nella computazione quantistica introducendo l’operazione DQLR, che rimuove efficientemente gli stati di perdita e migliora la stabilità dei processi QEC. I risultati offrono una promettente via verso il raggiungimento di un computer quantistico affidabile e funzionale.

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