Gate ottimali e robusti a singolo qubit nei processori quantistici superconduttori

Abstract degli autori

La computazione quantistica tollerante ai guasti richiede gate quantistici ad alta fedeltà, resilienti agli errori di controllo e alle imperfezioni dei dispositivi. In questo lavoro sviluppiamo impulsi di controllo a energia ottimale per gate a singolo qubit, robusti al tempo stesso rispetto al disaccordo in frequenza e alle disomogeneità della forma d’onda, e capaci inoltre di sopprimere la fuga al di fuori dello spazio computazionale. Combinando gli inviluppi degli impulsi ottimizzati con uno schema di controllo adattivo, dimostriamo sperimentalmente gate ottimali e robusti su un processore quantistico superconduttore. Per una durata del gate di 90 ns, otteniamo fedeltà superiori al 99,9% per il gate X e al 99,6% per i gate di tipo Hadamard. Per il gate X, manteniamo fedeltà superiori al 99,5% in presenza di variazioni simultanee dell’ampiezza di pilotaggio fino al 20% e di un disaccordo in frequenza del qubit fino a 4 MHz. Questa robustezza supera di un ordine di grandezza quella dei convenzionali impulsi gaussiani, senza grandi differenze nella fedeltà massima del gate. Questi risultati delineano una strada verso il controllo robusto di singoli qubit nei processori quantistici su larga scala, facendo progredire lo sviluppo della computazione quantistica tollerante ai guasti.