Gate controlled-Z ad alta fedeltà e robusti per qubit transmon superconduttivi. I. Errori intrinseci e decoerenza

Abstract degli autori

La computazione quantistica tollerante ai guasti richiede gate quantistici che uniscano breve durata, alta fedeltà e resistenza al rumore. Con l’aumentare delle dimensioni dei processori quantistici, la robustezza diventa sempre più importante, perché caratterizzare in modo esaustivo i singoli gate e ricalibrarli spesso diventa impraticabile. Presentiamo un quadro completo di controllo ottimale per i gate controlled-Z (CZ) tra transmon a frequenza regolabile accoppiati direttamente, che tiene conto in modo sistematico degli errori hamiltoniani intrinseci e dei meccanismi realistici di decoerenza, tra cui il rilassamento energetico e il defasamento. Con impulsi di flusso regolari applicati una sola volta, otteniamo gate CZ da 12 ns — vicini al limite teorico di velocità di 11,6 ns — con errori intrinseci ridotti al livello di $2\times10^{-5}$. Costruiamo modelli del rumore di defasamento, calibrati su misure sperimentali pubblicate, che descrivono il defasamento rapido dovuto all’elettronica di controllo a temperatura ambiente e quello lento dovuto al rumore di flusso $1/f$. Usando questi modelli, individuiamo punti di funzionamento che riducono la sensibilità al rumore di defasamento. Sfruttiamo inoltre l’asimmetria dei transmon come parametro di progettazione per accedere a regimi operativi distinti e resistenti al rumore. Questi risultati definiscono un quadro applicabile sperimentalmente per bilanciare velocità, fedeltà e robustezza al rumore dei gate, riducendo al contempo il lavoro necessario per caratterizzarli e ricalibrarli.