Dans une tentative d’accélérer les mesures quantiques, un nouveau Lettres d’examen physique L’étude propose Un programme de compromis spatial qui pourrait être très bénéfique pour les applications informatiques quantiques.
L’informatique quantique a plusieurs défis, notamment les taux d’erreur, la stabilité du qubit et l’évolutivité au-delà de quelques Qubits. Cependant, l’un des défis les moins connus des visages de calcul quantique est la fidélité et la vitesse des mesures quantiques.
Les chercheurs de l’étude relèvent ce défi en utilisant des qubits supplémentaires ou auxiliaires pour réduire considérablement le temps de mesure tout en maintenant ou en améliorant la qualité des mesures.
Dirigée par Christopher Corlett, le professeur Noah Linden et le Dr Paul Skrzypczyk de l’Université de Bristol, l’œuvre a été un effort de collaboration, y compris des membres de l’Université d’Oxford, de l’Université de Strathclyde et de Sorbonne Universit.
Phys.org a parlé à Corlett, au professeur Linden et au Dr Skrzypczyk de leur travail.
« Le processus de mesure en mécanique quantique est l’une de ses caractéristiques les plus importantes et les plus fascinantes. Il est également vital pour les futures technologies quantiques », a expliqué Corlett.
« Les mesures quantiques précises et rapides sont cruciales pour le développement de technologies quantiques émergentes. Les résultats séminaux récents de la correction d’erreur quantique démontrent que la nécessité de mesures rapides et précises afin de faciliter le décodage des erreurs, sans laquelle la tolérance à la défaut serait impossible », a ajouté le Dr Skrzypczyk.
Le défi de mesure
Il existe de nombreuses mesures qui peuvent être effectuées sur un qubit. Un particulièrement important est de se demander s’il s’agit de l’un des deux états naturels: 0 ou 1. Effectuer cette mesure avec précision implique généralement de sonder le qubit pendant longtemps.
Ces mesures plus longues donnent généralement une précision plus élevée mais introduisent des frais généraux et un retard significatifs, en particulier problématiques pour les mesures en milieu de circuit requises dans la correction d’erreur quantique. De plus, des mesures plus longues introduisent le bruit et la décohérence qui peuvent s’accumuler pendant cette période.
Les chercheurs expliquent cela avec une analogie.
« Imaginez que vous avez montré une image de deux verres d’eau, un verre avec 100 ml et l’autre avec 90 ml, et vous devez déterminer, par vue, quel verre a plus d’eau.
« Si on vous montre l’image que pendant une seconde, vous pourriez avoir du mal à dire quel verre est le plus plein. Cependant, si on vous montre l’image pendant deux secondes, vous pouvez être plus confiant sur le verre le plus plein », a expliqué Corlett.
Les chercheurs ont utilisé un qubit auxiliaire pour amplifier le montant des informations que la mesure peut recueillir sur l’état de Qubit en un temps fixe.
C’est comme doubler le volume de chaque verre; Une différence de 20 ml serait plus facile à observer qu’une différence de 10 ml. Cela donne plus de confiance dans la réponse. Si ce processus est poursuivi et que la quantité d’informations augmente en permanence, le temps pris pour répondre réduit.
« Poursuivant avec l’analogie, l’ajout d’un deuxième qubit auxiliaire triplerait les volumes à 300 ml et 270 ml, que vous seriez en mesure de distinguer, en toute confiance, en 0,66 seconde. De cette façon, vous pouvez atteindre une augmentation linéaire de la vitesse de lecture avec le nombre de Qubits », a expliqué le professeur Corlett.
Temps de négociation contre l’espace
Le schéma des chercheurs s’appuie sur les protocoles précédents qui utilisent des codes de répétition pour la correction des erreurs. Cette méthode empreint le qubit cible (sur lequel la mesure doit être effectuée) avec des qubits auxiliaires.
Plus précisément, le qubit cible est enchevêtré avec des qubits auxiliaires N-1. Les informations du qubit cible sont ensuite copiées sur tous les qubits auxiliaires en utilisant des portes dits CNOT.
C’est là que réside l’innovation. Au lieu de mesurer le qubit cible pour le temps t, tous les n qubits (cible et auxiliaires) sont mesurés simultanément pendant le temps T / N. Toutes les mesures sont ensuite ajoutées pour un résultat combiné, ce qui donne la même confiance statistique qu’une mesure unique plus longue.
L’espace (le nombre de qubits utilisés) est échangé contre du temps. La mesure d’un seul qubit pendant cinq secondes est la même que la mesure de cinq qubits simultanément pendant une seconde.
« Remarquablement, cela permet de maintenir ou amélioré la qualité d’une mesure.
Robuste contre le bruit
Les chercheurs ont d’abord étudié leur schéma dans des conditions idéales sans bruit puis avec des modèles de bruit réalistes. Ils ont constaté que le cas idéal montrait une accélération parfaitement linéaire avec le nombre de qubits.
Les modèles de bruit ont également montré une accélération significative et avaient parfois une meilleure amélioration linéaire. Les chercheurs ont montré que leur approche peut atteindre une qualité de mesure maximale plus élevée que possible.
« S’assurer que notre schéma est robuste à ce bruit est incroyablement important car il garantit qu’il est utile pour la mise en œuvre du monde réel où le bruit est inévitable », a déclaré le professeur Linden.
Les chercheurs sont impatients de voir la mise en œuvre expérimentale de leur schéma et travaillent à le développer plus en détail pour des systèmes spécifiques comme les qubits supraconducteurs.
Plus d’informations:
Christopher Corlett et al, accélérant la mesure quantique en utilisant le compromis spatial, Lettres d’examen physique (2025). Doi: 10.1103 / PhysRevLett.134.080801.
© 2025 Science X Réseau