Ученые из Университета ИТМО и Лондонского института математических наук нашли эффективное решение для быстрой передачи квантового состояния через длинную цепочку кубитов. Квантовые процессоры уже содержат десятки и сотни кубитов, и с увеличением их числа управление системой становится сложнее. Важно быстро и точно передавать квантовое возбуждение по всей цепочке, чтобы сохранить его свойства. Об этом «Жуковский.Life» рассказали в пресс-службе университета.
Сегодня применяются два основных метода передачи: поэтапное включение связи между соседними кубитами, что медленно, и постоянные связи с фиксированными параметрами, при котором квантовое состояние само движется по цепочке, но процесс занимает много времени на больших системах. Оба способа не оптимальны.
Исследователи предложили использовать принцип «квантовой брахистохроны» — аналог классической задачи о быстрейшем пути. Они разработали алгоритм, в котором связи между кубитами плавно изменяются по времени: сначала сильнее всего активируется связь между первыми кубитами, затем она ослабевает, а дальние связи постепенно усиливаются. Это позволяет создать волновой пакет, который движется с максимально возможной скоростью, ограниченной только законами квантовой физики.
Такое точное управление параметрами обеспечивает точную передачу квантового состояния от первого до последнего кубита в цепи. Однако при возникновении шумов точность может снижаться, как и в более медленных существующих методах, где эффективность передачи тоже падает.
Это исследование открывает новые возможности для развития масштабируемых и быстрых квантовых процессоров с большим числом кубитов.
Опасное зеркальное вращение в ускорителях частиц раскрыто учеными ИТМО. Разработка позволяет предсказывать этот эффект и помогать инженерам избегать наклонов, вызывающих нестабильность, либо корректировать управление ускорителем.