Exemplo de um ajuste de 'hipersuperfície' para muitos experimentos com parâmetros de ruído ligeiramente diferentes, 1 e 2. Os pontos pretos são medidas de um observável com diferentes taxas de ruído. O 'X' vermelho é o resultado sem ruído. Azul, as superfícies laranja e verdes são as primeiras, ajustes de terceira e quarta ordem. Crédito:Laboratório Nacional de Argonne
Em uma edição recente da Revisão Física A , Os pesquisadores de Argonne relataram um novo método para aliviar os efeitos do "ruído" em sistemas de informação quântica, um desafio que cientistas de todo o mundo estão trabalhando para enfrentar na corrida em direção a uma nova era de tecnologias quânticas. O novo método tem implicações para o futuro da ciência da informação quântica, incluindo computação quântica e detecção quântica.
Muitas aplicações atuais de informações quânticas, como a realização de um algoritmo em um computador quântico, sofrem de "decoerência" - uma perda de informação devido ao "ruído, "que é inerente ao hardware quântico. Matthew Otten, uma Maria Goeppert Mayer Fellow em Argonne, e Stephen Gray, líder do grupo de Teoria e Modelagem no Center for Nanoscale Materials, uma facilidade do usuário do Departamento de Energia do Departamento de Ciências dos Estados Unidos, desenvolveram uma nova técnica que recupera essas informações perdidas, repetindo o processo quântico ou experimento muitas vezes, com características de ruído ligeiramente diferentes, e depois analisar os resultados.
Depois de coletar os resultados executando o processo muitas vezes em sequência ou em paralelo, os pesquisadores constroem uma hipersuperfície onde um eixo representa o resultado de uma medição e os outros dois (ou mais) eixos representam diferentes parâmetros de ruído. Essa hipersuperfície fornece uma estimativa do observável livre de ruído e fornece informações sobre o efeito de cada taxa de ruído.
"É como tirar uma série de fotos com falhas, "disse Otten." Cada foto tem uma falha, mas em um lugar diferente na foto. Quando compilamos todas as peças claras das fotos com falhas juntas, obtemos uma imagem clara. "
A aplicação desta técnica reduz efetivamente o ruído quântico sem a necessidade de hardware quântico adicional.
"Esta é uma técnica versátil que pode ser feita com sistemas quânticos separados passando pelo mesmo processo ao mesmo tempo, "disse Otten.
"Pode-se criar vários pequenos dispositivos quânticos e executá-los em paralelo, "disse Gray." Usando nosso método, seria possível combinar os resultados na hipersuperfície e gerar observáveis livres de ruído aproximados. Os resultados ajudariam a estender a utilidade dos dispositivos quânticos antes que a decoerência se instale. "
"Realizamos com sucesso uma demonstração simples de nosso método no computador quântico Rigetti 8Q-Agave, "disse Otten." Esta classe de métodos provavelmente terá muito uso em dispositivos quânticos de curto prazo. "
Matt Otten (à esquerda) e Stephen Gray (à direita) desenvolveram uma técnica que reduz efetivamente o ruído quântico sem a necessidade de hardware quântico adicional. Crédito:Laboratório Nacional de Argonne
O trabalho dos pesquisadores descritos acima aparece em Revisão Física A e é intitulado "Recuperando observáveis quânticos sem ruído".
Otten e Gray também desenvolveram um processo semelhante e um pouco menos complexo computacionalmente para obter resultados de redução de ruído com base na correção de um qubit por vez para aproximar o resultado para todos os qubits sendo corrigidos simultaneamente. Um qubit, ou bit quântico, é o equivalente na computação quântica ao dígito binário ou bit usado na computação clássica.
"Nesta abordagem, assumimos que o ruído pode ser reduzido em cada qubit individualmente, que, embora experimentalmente desafiador, leva a um problema de processamento de dados muito mais simples e resulta em uma estimativa do resultado livre de ruído, "observou Otten.
