動力學解耦有效提高量子計算機保真度

美國南加州大學研究人員在最新一期《物理評論快報》上發表論文稱，他們通過動力學解耦方法，在IBM和Rigetti的量子計算平臺中成功實現了量子計算保真度的高度增益，證明動力學解耦是一種比其他量子誤差校正手段更容易、更有效的抑制量子退相干策略，能夠更好地彌補量子計算易受干擾、容易出錯的弱點。

所謂量子退相干，是指量子系統狀態間相互干涉的性質會隨著時間逐步喪失，是開發量子計算機必須要面對的一個問題。量子計算過程中，量子比特的穩定性很容易受到聲音、溫度、振動等環境噪聲影響，相干性逐步喪失，量子態的持續時間減少，進而降低量子計算保真度。因此，開發有效的抑制量子退相干策略是量子計算機研究的重點課題。而動力學解耦則是一種簡單的開環量子控制技術，通過快速的時變控制調制來抑制退相干。

在新研究中，研究人員使用了IBM16量子比特的QX5和Rigetti19量子比特的Acorn兩個通用量子計算平臺。為實現動力學解耦，研究人員向超導量子比特發射精確聚焦的微電磁能計時脈沖。通過操縱脈沖，他們能夠將量子比特包絡在微環境中，與周圍的環境噪聲隔離，從而長久保持量子態。雖然這一實驗的時間跨度非常短，僅600納秒（1納秒為十億分之一秒），使用脈沖數量也不超過200個，但獲得的保真度增益卻相當可觀：IBM量子計算平臺的最終保真度提高了3倍，從28.9%提高到88.4%；Rigetti量子計算平臺的最終保真度提高了17%，從59.8%升至77.1%。

研究人員指出，這是他們首次在基于云的超導量子比特平臺上成功抑制退相干，相關結果表明，動力學解耦方法很適合在環境噪音相對較大的、基于云的小規模量子計算機中應用，其效果比迄今為止嘗試過的其他量子誤差校正方法都要好。（劉海英）