Два сверхпроводящих кубита на одном чипе звучат чисто, как солисты в оркестре. Каждый из них — трансмон, кубит с пониженной чувствительностью к зарядовому шуму. Связаны они через перестраиваемый кулер — вспомогательный элемент, который настраивает силу взаимодействия между ними. Группа из IQM Quantum Computers заставила этот дуэт играть без единой фальшивой ноты. Средняя точность однокубитных вентилей достигла 99,98 %, двухкубитного вентиля CZ — 99,93 %, а считывания — 99,94 %. Для квантовой коррекции ошибок нужен весь набор: быстрые однокубитные вентили, точные двухкубитные и считывание, не разрушающее квантовое состояние. Здесь этот набор впервые собран на одном устройстве.

Главная трудность — утечка. Это переход кубита за пределы вычислительного подпространства, в состояние |02⟩. Утечка подобна музыканту, который в середине пьесы начинает играть не ту ноту и сбивает весь ансамбль. Стандартные методы калибровки плохо выделяют эту ошибку на фоне других. Новый протокол PALEA действует как дирижёр с идеальным слухом: после каждого вентиля он добавляет слой динамической развязки и усредняет сигнал по случайным фазам. Это усиливает только целевую ошибку утечки, позволяя настроить вентиль с ювелирной точностью. В результате утечка снижается как минимум вдвое по сравнению со стандартным методом усиления ошибки.

Оптимизация силы связи кубит–кулер стала ещё одним ключом. Сначала численно промоделировали ошибки вентилей в зависимости от силы связи и нашли оптимум около 75 МГц. Затем изготовили чип с фактической силой связи 66 МГц. Этот баланс позволил одновременно минимизировать ошибки однокубитных и двухкубитных операций. Считывание оптимизировали с помощью шелвинга — перевода возбуждённого состояния в более высокое перед измерением, чтобы продлить его жизнь. Такой приём повышает точность, но слегка увеличивает утечку. Поиск компромисса между этими требованиями остаётся открытой задачей.

До этой работы было непонятно, можно ли на одном сверхпроводящем чипе одновременно достичь точности выше 99,9 % для однокубитных, двухкубитных вентилей и считывания. Оптимизация одной операции обычно ухудшает другие. Теперь показано, что тщательный подбор силы связи и новый протокол калибровки PALEA позволяют достичь всех трёх точностей выше 99,9 % на одном устройстве. Метод можно сразу использовать в лабораториях, работающих со сверхпроводящими кубитами, для ускорения калибровки и повышения точности вентилей при масштабировании.

Квантовый оркестр готовится к большим сценам. Следующим шагом может стать перенос этой архитектуры на двумерную решётку кубитов с четырьмя связями на каждый кубит. Улучшение времени когерентности позволит ещё снизить оптимальную силу связи и уменьшить перекрёстные помехи. Для считывания можно использовать шелвинг в третье возбуждённое состояние, чтобы дополнительно повысить точность. Когда каждый инструмент звучит чисто, ансамбль из тысяч кубитов сможет исполнять сложнейшие квантовые алгоритмы без фальши.