Треск в квантовом процессоре умолк на секунды экспресс
Сверхпроводящий кубит похож на капризный музыкальный инструмент: пока его не настроишь, чистой ноты не жди. Но даже после настройки звук плывёт. Виновники — крошечные дефекты в материале, которые физики называют двухуровневыми системами. Они как невидимые трещинки, которые то появляются, то исчезают, сбивая ритм работы процессора.
Исследователи собрали установку на основе программируемой логической матрицы (FPGA) — это такой гибкий микрочип, который можно перепрограммировать под задачу. С её помощью они измеряли расслабление кубитов с субсекундным разрешением, то есть ловили изменения быстрее чем за секунду. Оказалось, что картина одинакова для разных кубитов, разных лабораторий и разных производств. Более того, эти быстрые скачки удалось напрямую связать с ошибками в квантовых вентилях — базовых операциях, из которых складывается вычисление. Связь подтвердили методом рандомизированного бенчмаркинга: он позволяет оценить точность вентилей, случайным образом перебирая их последовательности.
Теперь понятно: настройка квантового компьютера — не разовое дело, а непрерывная борьба с быстрым шумом. Возвращаясь к музыкальной аналогии: инструмент расстраивается не за месяц, а за пару секунд — и настройщику приходится работать без перерыва.
Двухуровневые системы — это не абстракция, а реальные атомы или группы атомов, которые могут находиться в двух состояниях, как крошечный выключатель. Их переключение отнимает энергию у кубита, из-за чего тот «забывает» своё квантовое состояние.
В романе «Алмазный век» Нила Стивенсона наномашины борются с дефектами материалов на атомном уровне — примерно так же, как инженерам приходится бороться с двухуровневыми системами в квантовых процессорах.