In Russland wurde ein inländischer Quantenprozessor mit 4 Qubits getestet – er bot eine hohe Genauigkeit

Wissenschaftler von NUST MISIS und MIPT zum ersten Mal in Russland erstellt voll funktionsfähiger Quantenprozessor mit vier Qubits und demonstrierte darauf die Genauigkeit der Durchführung von Zwei-Qubit-CZ-Operationen von mehr als 97 %. Der nächste Schritt wird die Entwicklung von 8-Qubit-Simulatoren und -Prozessoren sein, die russische Entwickler zur Implementierung leistungsfähigerer Quantencomputer drängen sollen.

Bildquelle: NUST MISIS

Das Experiment basierte auf einem supraleitenden integrierten Quantenmikroschaltkreis KIMS, der am Labor für künstliche Quantensysteme des Moskauer Instituts für Physik und Technologie entwickelt wurde. Der Chip enthält fünf supraleitende Qubits mit kapazitiver Nebenschlussladung, von denen eines in diesem Experiment nicht verwendet wurde. Qubits sind elektrisch miteinander verbunden und können sowohl Energie austauschen als auch die Phase der Überlagerung der Zustände |0⟩ und |1⟩ gegenseitig kontrollierbar ändern.

Supraleitende Qubits und ihre spezifische Implementierung in Form transmon weit verbreitet bei der Entwicklung von Quantencomputern. Beispielsweise liegen Transmons den Quantencomputern von IBM und Google zugrunde. MIPT verwendet ebenfalls diese Art von supraleitenden Elementen, auf deren Grundlage sie einen Fünf-Qubit-Prozessor entworfen und hergestellt haben.

Der erfahrene Quantenprozessor KIMS MIPT nutzt die Fähigkeit von Qubits, die Phase von Überlagerungen von Zuständen gegenseitig zu ändern, um die CZ-Operation zu implementieren, eine Zwei-Qubit-Operation, bei der ein Qubit die Rotation eines anderen Qubits steuert, was sie zu einem Zustand führt der Quantenverschränkung. Da der Betrieb kontrolliert wird, eröffnet dies Spielräume für die Ausführung einer Reihe von Quantenalgorithmen, von denen russische Physiker einen erfolgreich und zum ersten Mal im Land auf einem heimischen Vier-Qubit-Quantenprozessor demonstrierten.

„Um das zerstörungsfreie Lesen von Qubits mit einzelnen Mikrowellenresonatoren zu implementieren, verwendeten die Forscher einen parametrischen Breitbandverstärker von Josephson, der gemeinsam von Wissenschaftlern des Moskauer Instituts für Physik und Technologie und MISIS entwickelt wurde.“ – sagte in einer Pressemitteilung von NUST MISIS.

Im gezeigten Bild ist die Kapazität eines der Qubits grün dargestellt, die Kette der Resonatoren zum individuellen Auslesen rot, die einzelnen Kontrollflusslinien blau und die Antennen gelb. Der Programmcode zur Ausführung der Algorithmen wurde bei NUST MISIS erstellt.

„Wir haben es geschafft, hocheffiziente Quantenoperationen auf einem System von 4 Qubits zu zeigen, was eine einzigartige Errungenschaft für russische Quantentechnologien ist. Im Experiment beträgt die Zeit einer separaten logischen Operation etwa 0,025 µs. Damit können während der Lebensdauer des Quantenzustands des Prozessors mehr als 3200 Operationen durchgeführt werden. Bei der Herstellung einer integrierten Quantenschaltung haben Technologen des Moskauer Instituts für Physik und Technologie wichtige Merkmale des technologischen Prozesses ausgearbeitet, wodurch wir die Schlüsseleigenschaften von Qubits erheblich verbessern konnten.“ – sagte Oleg Astafjew, Leiter des MIPT-Labors für künstliche Quantensysteme.

Die erfolgreiche Durchführung eines solchen Experiments bestätigt eindeutig, dass der technologische Entwicklungsstand und die experimentelle Basis, die in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern des Moskauer Instituts für Physik und Technologie und MISIS erreicht wurden, für die Implementierung von Quantengeräten mittlerer Größe ohne Fehlerkorrektur ausreichen , die sie in Zukunft bei der Entwicklung von 8-Qubit- und leistungsstärkeren Quantencomputern beweisen wollen.

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