Na corrida para o que pode se tornar uma tecnologia futura importante, gigantes da tecnologia como a IBM e o Google estão investindo enormes recursos no desenvolvimento de hardware quântico de computação.No entanto, as plataformas atuais ainda não estão prontas para aplicações práticas.Permanecem vários desafios, entre eles o controle das imperfeições do dispositivo ('distúrbio').
É uma antiga precaução de estabilidade: quando grandes grupos de pessoas cruzam pontes, elas precisam evitar marchar em passo para impedir a formação de ressonâncias desestabilizando a construção.Talvez contra -intuitivamente, o processador de qubit de transmon supercondutor - uma plataforma tecnologicamente avançada para computação quântica favorecida pela IBM, Google e outros consórcios - depende do mesmo princípio: Intencionalmente introduzido o distúrbio bloqueia a formação de flutuações caóticas ressonantes, tornando -se uma parte essencialda produção de processadores multi-quits.
Para entender esse ponto aparentemente paradoxal, deve -se pensar em um qubit de transmon como uma espécie de pêndulo.Qubits interligados para formar uma estrutura de computação define um sistema de pêndulos acoplados - um sistema que, como pêndulos clássicos, pode facilmente estar entusiasmado com oscilações incontrolavelmente grandes com consequências desastrosas.No mundo quântico, essas oscilações incontroláveis levam à destruição de informações quânticas;o computador se torna inutilizável.Intencionalmente introduzido 'Detunings' de pêndulos únicos mantêm esses fenômenos afastados.
'O chip de transmon não apenas tolera, mas também requer imperfeições de dispositivo de qubit para qubit e efetivamente' ', explicou Christoph Berke, estudante de doutorado no último ano do grupo de Simon Trebst na Universidade de Colônia e primeiro autor do artigo.'Em nosso estudo, perguntamos o quão confiável o princípio da "estabilidade por aleatoriedade" está na prática.Ao aplicar diagnósticos de última geração da teoria dos sistemas desordenados, conseguimos descobrir que pelo menos algumas das arquiteturas de sistemas perseguidas industrialmente estão perigosamente próximas da instabilidade.'
Do ponto de vista da física quântica fundamental, um processador de transmon é um sistema quântico de muitos corpos com níveis quantizados de energia.As ferramentas numéricas de última geração permitem calcular esses níveis discretos em função dos parâmetros relevantes do sistema, para obter padrões superficialmente parecidos com um emaranhado de espaguete cozido.Uma análise cuidadosa de tais estruturas para chips do Google e IBM modelados realisticamente foi uma de várias ferramentas de diagnóstico aplicadas no papel para mapear um diagrama de estabilidade para computação quântica de transmon.
"Quando comparamos o Google com os chips da IBM, descobrimos que, neste último caso, os estados de qubit podem ser acoplados a um grau que as operações controladas do portão podem ser comprometidas", disse Simon Trebst, chefe do grupo de física da Matéria Condensada Computacional da Universidadede Colônia.Para garantir as operações controladas do portão, é preciso encontrar o equilíbrio sutil entre estabilizar a integridade do qubit e o acoplamento entre quithbit.Na linguagem da preparação de massas, é preciso preparar o processador quântico de computadores para a perfeição, mantendo os estados energéticos 'al dente' e evitando o emaranhamento, cozinhando demais.
O estudo de distúrbios em hardware de transmon foi realizado como parte do cluster de excelência ML4Q em um trabalho colaborativo entre os grupos de pesquisa de Simon Trebst e Alexander Altland na Universidade de Colônia e o grupo de David Divincenzo na Universidade Rwth Aachen e Forschungszentrum Jülich,."Este projeto colaborativo é bastante único", diz Alexander Allland, do Instituto de Física Teórica em Colônia."Nosso conhecimento complementar do hardware de transmon, simulação numérica de sistemas complexos de muitos corpos e caos quântico foi o pré-requisito perfeito para entender como as informações quânticas com transtorno podem ser protegidas.Também indica como as idéias obtidas para pequenos sistemas de referência podem ser transferidos para escalas de design relevantes para aplicativos."
David Divincenzo, diretor fundador da Jara-Institute para obter informações quânticas da Universidade Rwth Aachen, tira a seguinte conclusão: 'Nosso estudo demonstra o quanto é importante para os desenvolvedores de hardware combinarem a modelagem de dispositivos com a metodologia de randomidão quântica de última geração ePara integrar "Chaos Diagnostics" como uma parte rotineira do design do processador qubit na plataforma de supercondutor.'
