來自中國科大的消息顯示，中國科大郭光燦院士團(tuán)隊(duì)近日在機(jī)器學(xué)習(xí)提高超導(dǎo)量子比特讀取效率上取得重要進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)郭國平教授研究組與本源量子計(jì)算公司合作，在本源“夸父”6比特超導(dǎo)量子芯片上研究了串?dāng)_對量子比特狀態(tài)讀取的影響，并創(chuàng)新性地提出使用淺層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來識別和讀取量子比特的狀態(tài)信息，從而大幅度抑制了串?dāng)_的影響，進(jìn)一步提高了多比特讀取保真度。
據(jù)了解，近些年，國際上分別實(shí)現(xiàn)了高保真度的單比特單發(fā)讀取以及多比特的多路復(fù)用式單發(fā)讀取；然而，由于各種形式的雜散耦合的存在，鄰近比特的狀態(tài)可能會對目標(biāo)比特的測量結(jié)果產(chǎn)生影響，從而降低測量保真度，進(jìn)而降低量子算法的成功率。隨著量子芯片的進(jìn)一步擴(kuò)展，為了進(jìn)一步提高讀取保真度，如何解決上述串?dāng)_問題將成為研究者們面臨的主要挑戰(zhàn)。
圖1 傳統(tǒng)量子比特讀取方案以及串?dāng)_的影響
為了解決讀取串?dāng)_的問題，在此之前，國際上其他課題組的主要集中在如何從硬件層面抑制串?dāng)_，例如為每一個量子比特的讀取腔單獨(dú)配置一個讀取濾波器，或者增大讀取腔之間的空間和頻域距離；這些方案雖然在一定程度上抑制了串?dāng)_，但是都對量子芯片的擴(kuò)展和集成產(chǎn)生了不利的影響。
圖2 第一代“夸父”6比特超導(dǎo)量子芯片結(jié)構(gòu)圖
基于以上，郭國平教授研究組與本源量子計(jì)算公司合作，通過對量子比特信息提取過程的抽象和模擬，提出一種新的量子比特讀取方案：通過訓(xùn)練基于數(shù)字信號處理流程構(gòu)建的淺層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對量子比特狀態(tài)的精確識別與分類。
研究人員將這一方案應(yīng)用到本源“夸父”6比特超導(dǎo)量子芯片上，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，新的讀取方案不僅有效提升了6比特的讀取保真度，而且大幅度抑制了讀取串?dāng)_效應(yīng)；同時，由于新方案中的數(shù)據(jù)處理可以進(jìn)一步簡化為單步矩陣運(yùn)算，未來可以直接轉(zhuǎn)移到FPGA上，從而實(shí)現(xiàn)對量子比特狀態(tài)的0延時判斷以及對量子比特的實(shí)時反饋控制。
該方案不僅適用于超導(dǎo)量子計(jì)算，也同時適用于其他量子計(jì)算物理實(shí)現(xiàn)方案。
圖3 用于量子比特狀態(tài)讀取與分類的淺層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
該成果于近日在國際應(yīng)用物理知名期刊《Physical Review Applied》上。中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室段鵬博士和陳梓峰碩士為文章共同第一作者，郭國平教授為通訊作者。該工作得到了科技部、國家基金委、中國科學(xué)院和安徽省的資助。
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