动力学解耦有效提高量子计算机保真度

美国南加州大学研究人员在最新一期《物理评论快报》上发表论文称，他们通过动力学解耦方法，在IBM和Rigetti的量子计算平台中成功实现了量子计算保真度的高度增益，证明动力学解耦是一种比其他量子误差校正手段更容易、更有效的抑制量子退相干策略，能够更好地弥补量子计算易受干扰、容易出错的弱点。

所谓量子退相干，是指量子系统状态间相互干涉的性质会随着时间逐步丧失，是开发量子计算机必须要面对的一个问题。量子计算过程中，量子比特的稳定性很容易受到声音、温度、振动等环境噪声影响，相干性逐步丧失，量子态的持续时间减少，进而降低量子计算保真度。因此，开发有效的抑制量子退相干策略是量子计算机研究的重点课题。而动力学解耦则是一种简单的开环量子控制技术，通过快速的时变控制调制来抑制退相干。

在新研究中，研究人员使用了IBM16量子比特的QX5和Rigetti19量子比特的Acorn两个通用量子计算平台。为实现动力学解耦，研究人员向超导量子比特发射精确聚焦的微电磁能计时脉冲。通过操纵脉冲，他们能够将量子比特包络在微环境中，与周围的环境噪声隔离，从而长久保持量子态。虽然这一实验的时间跨度非常短，仅600纳秒（1纳秒为十亿分之一秒），使用脉冲数量也不超过200个，但获得的保真度增益却相当可观：IBM量子计算平台的最终保真度提高了3倍，从28.9%提高到88.4%；Rigetti量子计算平台的最终保真度提高了17%，从59.8%升至77.1%。

研究人员指出，这是他们首次在基于云的超导量子比特平台上成功抑制退相干，相关结果表明，动力学解耦方法很适合在环境噪音相对较大的、基于云的小规模量子计算机中应用，其效果比迄今为止尝试过的其他量子误差校正方法都要好。（刘海英）