The Signal
Il team di Jülich modella gli impulsi del transmon per gate da 6,8 nanosecondi
I ricercatori del Forschungszentrum Jülich riferiscono di aver realizzato gate a singolo qubit con impulsi da 6,8 nanosecondi e fedeltà superiori al 99,98%. Il loro metodo di modellazione degli impulsi riduce le perdite dovute a transizioni
Quantum.world Team · Scritto con l’IA · verificato ·
«Dimostriamo gate a singolo qubit con un errore totale dovuto alle perdite costantemente inferiore a 2,0 × 10−5 su un qubit transmon e otteniamo fedeltà superiori al 99,98% con impulsi della durata di 6,8 ns sia per i gate X sia per i gate X/2.»
Yuan Gao e coautori, autori dello studio
Un team guidato da ricercatori del Forschungszentrum Jülich riferisce che modellare gli impulsi può sopprimere le transizioni indesiderate in un transmon superconduttore durante l’esecuzione di gate a singolo qubit in 6,8 nanosecondi. I risultati, pubblicati su Nature Communications il 23 ottobre 2026, associano a questi brevi impulsi fedeltà misurate superiori al 99,98% sia per i gate X sia per i gate X/2. L’esperimento affronta un compromesso nel controllo dei transmon: segnali a microonde più intensi e rapidi possono spostare la popolazione fuori dai due stati usati per codificare un qubit.
Segnali intensi fanno emergere transizioni oltre quelle corrette con il metodo abituale
Un transmon non è un sistema perfetto a due livelli. I suoi livelli energetici superiori possono essere popolati durante un gate, causando perdite che possono persistere e interferire con le operazioni successive. La tecnica standard di modellazione degli impulsi Derivative Removal by Adiabatic Gate, o DRAG, interviene sulle transizioni indesiderate tra livelli adiacenti, ma secondo gli autori le transizioni di ordine superiore diventano importanti quando l’intensità del segnale si avvicina all’anarmonicità del qubit.
Lo studio descrive questi effetti nella rappresentazione degli stati vestiti, in cui il segnale a microonde applicato modifica gli stati energetici del qubit e apre percorsi che coinvolgono più di un fotone. Il team punta quindi a sopprimere non solo la nota transizione dal primo stato eccitato al secondo, ma anche quelle verso livelli superiori. Questi percorsi diventano una fonte crescente di errori man mano che l’impulso si accorcia e si intensifica.
R2D aggiunge correzioni ricorsive a DRAG
I ricercatori chiamano il loro approccio R2D, da una doppia applicazione ricorsiva di DRAG. Partendo da un profilo d’impulso scelto, il metodo modifica il quadrato della componente reale del segnale per sopprimere le componenti di frequenza associate alle transizioni a due fotoni; un’ulteriore correzione DRAG interviene sulla consueta transizione a un fotone. Tre parametri regolabili consentono al team di mettere a punto le bande di frequenza attenuate durante la calibrazione.
Per misurare piccoli tassi di perdita, il team introduce anche una sequenza di amplificazione dell’errore dovuto alle perdite, o ALE. La sequenza ripete i gate con regolazioni di fase scelte per far accumulare le perdite coerenti anziché farle annullare, consentendo ai ricercatori di quantificare perdite inferiori a 10−6. L’articolo riferisce che, nel confronto effettuato, R2D riduce le perdite di oltre 20 volte rispetto al DRAG standard per le transizioni a un fotone.
A 6,8 nanosecondi, le perdite restano inferiori a 2 × 10−5
Il gruppo ha sottoposto a benchmark gate X e X/2 con impulsi di durata compresa tra 6,6 e 9 nanosecondi. A 6,8 nanosecondi, gli errori totali misurati dei gate erano (1,9 ± 0,1) × 10−4 per X e (1,1 ± 0,1) × 10−4 per X/2; le fedeltà corrispondenti superano il 99,98%. Le perdite totali sono rimaste inferiori a 2 × 10−5 fino a questa durata dell’impulso.
Le prestazioni non restano invariate per tutte le durate degli impulsi esaminate. A 6,6 nanosecondi, le perdite verso il terzo stato eccitato iniziano a prevalere, mentre il team riferisce che l’ottimizzazione diventa instabile al di sotto di 6,6 nanosecondi. All’estremo opposto, la memoria per le forme d’onda dell’elettronica di controllo limita le sequenze di benchmark oltre i 9 nanosecondi.
La decoerenza, non le perdite, limita i gate misurati
Secondo l’analisi degli errori degli autori, la decoerenza è il limite principale per entrambi i tipi di gate, con un contributo di circa 1,04 × 10−4. Gli autori attribuiscono il livello minimo residuo delle perdite soprattutto al rumore di tensione nell’elettronica a microonde a temperatura ambiente e collegano l’aumento degli errori coerenti nei gate X più brevi alla distorsione delle microonde ad ampiezze più elevate. Per i gate X/2, l’articolo riporta un errore coerente inferiore a 1,0 × 10−4.
La distinzione è importante: R2D interviene sulle perdite dovute ai livelli superiori del qubit pilotato, ma non elimina la decoerenza e gli errori della catena di controllo che restano nel bilancio degli errori misurati dei gate. I risultati provengono da un esperimento su un transmon, non da una dimostrazione su un processore multi-qubit. Al punto operativo di 6,8 nanosecondi riportato, le perdite dei gate X e X/2 restano inferiori a 2 × 10−5, mentre i loro errori totali differiscono di 8 × 10−5.