Quantum Computers噪声消除的新进展

来自Dartmouth学院和麻省理工学院的一支团队设计并进行了第一个实验室测试，以成功地检测和描述一类复杂的“非高斯”噪声过程，这些噪音过程通常遇到超导量子计算系统。

超导量子比特中的非高斯噪声的表征是使这些系统更精确的关键步骤。

今天（2019年9月16日）在自然通信中发表的联合研究可以帮助加速量子计算系统的实现。该实验基于达特茅斯在达特茅斯进行的早期理论研究，并在2016年在物理审查信中发表。

“这是试图表征更复杂类型的噪声过程的第一个具体步骤，这些噪声流程通常在量子域中常见，”达特茅斯的物理学教授Lorenza Viola表示，达到2016年的研究以及现在的理论组成部分工作。“随着Qubit相干性能不断提高，重要的是要检测非高斯噪声，以便构建最精确的量子系统。”

通过超越经典物理学青睐的二进制“开关”测序，量子计算机与传统计算机不同。量子计算机依赖量子位 - 也称为Qubits - 是由原子和亚原子颗粒构成的Qubits。

“随着Qubit相干性能不断提高，重要的是要检测非高斯噪声，以便构建最精确的量子系统。” - Lorenza Viola.

基本上，Qubits可以同时以“开”和“OFF”位置的组合放置。它们也可以“纠缠”，这意味着一个量子位的属性可以在远处影响另一个距离。

超导Qubit系统被认为是建立可扩展的高性能量子计算机的竞争中的领先竞争者之一。但是，与其他Qubbit平台一样，它们对其环境非常敏感，并且可能受到外部噪声和内部噪声的影响。

量子计算系统中的外部噪声可能来自控制电子设备或杂散磁场。内部噪音可能来自其他不受控制的量子系统，例如材料杂质。降低噪声的能力是量子计算机开发的重点。

“阻碍我们现在具有大型量子计算机的大障碍是这种噪音问题。”达特茅斯博士后诺里斯说，达特尔·诺里斯共同撰写了这项研究。“这项研究让我们迈向了解噪音，这是取消它的一步，并希望有一天拥有可靠的量子计算机。”

在简单的“高斯”模型方面通常描述不需要的噪声，其中随机噪声的随机波动的概率分布产生熟悉的钟形高斯曲线。非高斯噪音更难描述和检测，因为它落在这些假设的有效范围之外，因为可能简单地少。

“现在阻碍我们具有大规模量子计算机的大障碍是这种噪声问题。这项研究使我们迈向了解噪音，这是取消它的一步，并且希望有一天拥有可靠的量子计算机。 - Leigh Norris.

每当噪声的统计特性是高斯，可以使用少量信息来表征噪声 - 即，在频域描述，所谓的“噪声”中，只有两个不同时间或等效的相关性的相关性光谱。

由于它们对周围环境的高敏感性，Qubits可以用作自己噪音的传感器。在这个想法上，研究人员在开发识别和减少量子系统中的高斯噪声的技术方面取得了进展，类似于消音耳机如何工作。

虽然不像高斯噪声那样常见，但识别和取消非高斯噪声是对最佳设计量子系统的同样重要的挑战。

非高斯噪声通过更复杂的相关性与涉及多个点的相关性的噪声来区分。结果，需要更重要的是需要识别噪声的信息。

在该研究中，研究人员能够在三种不同时间的相关信息中使用关于相关的信息的信息的特征，对应于频域中所谓的“BISPectum”。

“这是第一次详细，频率分辨的非高斯噪声表征的非高斯噪声已经能够在具有Qubits的实验室中完成。这一结果显着扩展了我们可用于做出准确的噪声表征的工具箱，因此在量子计算机中制作更好更稳定的Qubits，“Viola表示。

在Quantum信号之间可以容易地混淆不感知非高斯噪声的量子计算机，它应该在系统中处理和不需要的噪声。在2016年达特茅斯研究之前，达到非高斯噪声光谱的协议不存在。

虽然麻省理工学院实验验证议定书，但立即使大规模量子计算机实际上可行，这是使其更精确的重要步骤。

“这项研究开始在白板上。我们不知道有人是否能够将它付诸实践，但尽管有重大的概念和实验挑战，但麻省理工学院团队做了它，“佛罗里达州的前达特茅斯博士后学生Felix Beaudoin也发挥了一个乐器在研究理论与实验之间的桥接作用。

“与达特茅斯的洛伦萨提亚和她梦幻般的理论团队合作，这是一个绝对的快乐，”麻省理工学院的物理学教授威廉奥利弗威廉奥利弗说。“我们已经在几年内携手合作，并且随着量子计算过度从科学好奇的技术现实的转变，我预计需要更多这种跨学科和识别的合作。”

根据研究团队的说法，有多年的额外工作是为了完善量子系统中的噪声检测和取消。特别是，未来的研究将从单传感器系统移动到双传感器系统，从而实现不同QUBITS的噪声相关性的表征。

阅读新的检测工具揭示可以在此发现的更多内杀死Qubits的“噪声”。

参考：

“非高斯噪声光谱与超导QUBBit传感器”的Youngkyu Sung，FélixBeaudoin，Leigh M. Norris，Fei Yan，David K. Kim，Jok Y.秋，Uwe VonLüpke，Jonilyn L. Yoder，Terry P. Orlando ，西蒙古斯塔夫森，洛伦加中提琴＆威廉D.奥利弗2019年9月16日，自然传播.DOI：
10.1038 / s41467-019-11699-4

Leigh M. Norris，Gerardo A. Paz-Silva，Gerendo Viola，2016年4月14日，Leigh M. Norris，Gerendo Viola，物理审查信件.DOI：
10.1103 / physrevlett.116.150503.