Прорыв в квантовых компьютерах: учёные научились отслеживать флуктуации кубитов в реальном времени
Кубиты — основа квантовых компьютеров — могут менять свои характеристики за доли секунды, что затрудняет создание стабильных и масштабируемых устройств. До сих пор учёные не могли наблюдать эти быстрые флуктуации напрямую. Исследователи из Института Нильса Бора (NBI, Университет Копенгагена) разработали систему реального времени, которая отслеживает изменения состояния кубита примерно в 100 раз быстрее, чем предыдущие методы.
В основе технологии — адаптивная система измерений, реализованная на быстродействующем FPGA-контроллере (Field Programmable Gate Array). Она обновляет оценку скорости релаксации кубита после каждого измерения, используя байесовскую модель. Это позволяет фиксировать переход кубита из «одного» состояния в «другое» практически мгновенно и собирать статистику по нестабильным кубитам за секунды, а не часы.
Оказалось, что даже стабильные кубиты могут деградировать за миллисекунды из-за микроскопических дефектов в материалах, которые перемещаются сотни раз в секунду. Ранее стандартные методы измерения занимали до минуты и не позволяли увидеть эти быстрые изменения, скрывая реальное поведение кубита.
Система использует коммерческий FPGA-контроллер OPX1000 от Quantum Machines, программируемый на языке, похожем на Python, что делает технологию доступной для исследовательских групп по всему миру. Эксперимент проводился в сотрудничестве с университетами Норвегии, Лейдена и Чалмерса, где был изготовлен квантовый процессор.
Реальное время калибровки и мониторинга становится критически важным для надёжности квантовых компьютеров. Теперь учёные могут быстро выявлять «плохие» кубиты и корректировать работу процессора, что важно для масштабирования и повышения производительности.
Открытие может изменить подход к тестированию и калибровке квантовых процессоров, где надёжность будет определяться не лучшими, а худшими кубитами, и их состояние можно отслеживать и корректировать в реальном времени.