A kvantumbitek kihívásai
A kvantumszámítógép alapegysége az úgynevezett kvantumbit, amelynek működése rendkívül érzékeny bármilyen zavarásra, főként az alkotóanyagban rejtőző mikroszkopikus hibákra. Ezek a hibák másodpercenként akár több százszor is képesek helyet változtatni, ennek köszönhetően folyamatosan módosul a kvantumbit energiarelaxációjának — vagyis az értékes kvantuminformáció elvesztésének — üteme. A hagyományos mérési módszerek legjobb esetben is csak perces időskálán átlagolt adatokat tudtak rögzíteni, ami teljesen elfedi a pillanatnyi ingadozásokat, tovább nehezítve a megbízható működést.
Villámgyors mérések FPGA-val
A Niels Bohr Intézet, a Norvég Tudományos és Technológiai Egyetem, a Leideni Egyetem és a Chalmers Egyetem közös kutatása során valós idejű, alkalmazkodó mérőrendszert fejlesztettek, amely követni tudja, hogyan változik a kvantumbitek energiarelaxációs rátája. Ehhez egy Field-Programmable Gate Array (FPGA) nevű, szupergyors műveletekre tervezett processzort használtak. Az FPGA-ra írt program minden egyes mérés után módosítja saját, belső Bayes-i modelljét, így a rendszer gyakorlatilag azonnal pontos képet kap a kvantumbit aktuális állapotáról, a korábbi eljárásoknál százszor gyorsabban.
Kereskedelmi hardver, új távlatok
A csapat a Quantum Machines OPX1000 nevű vezérlőjét alkalmazta, amely Python-szerű nyelven programozható, így világszerte számos kutatócsoport számára elérhető. A vezérlőt szorosan összehangolták a Chalmers Egyetem által gyártott kvantumprocesszorral, ami szoros logikai, mérési és visszacsatolási integrációt tett lehetővé. Ezután a csapat fel tudta tárni, milyen extrém gyors ingadozások zajlanak a szupravezető kvantumbitekben, amely korábban ismeretlen volt.
Valós idejű vezérlés jelentősége
Az eredmények alapvetően változtatják meg a kvantumprocesszorok tesztelésének és hangolásának folyamatát. Jelenleg a kvantumchipek teljesítményét mindig a legrosszabbul működő kvantumbitek határozzák meg, és most kiderült, hogy egy jól működő elem másodpercek töredéke alatt romolhat el, majd ismét helyreállhat. Az új algoritmus segítségével a kontrollhardver azonnal azonosítja, melyik kvantumbit működik jól vagy rosszul, sőt, percek helyett másodpercek alatt statisztikai adatok is gyűjthetők a hibás elemekről.
A kutatás világosan mutatja, hogy a kvantumszámítógépek megbízhatóságának javításához elengedhetetlen a valós idejű monitorozás és beavatkozás, illetve arra is rávilágít, mennyire jelentős a tudományos és ipari együttműködés, valamint a korszerű technológiák kreatív alkalmazása.
