Квантовая томография выходит на новый уровень благодаря российским физикам

Учёные из Университета МИСИС и Российского квантового центра разработали усовершенствованный метод анализа данных для квантовой томографии. Этот подход позволяет получать более точную информацию о квантовых состояниях по сравнению с традиционными методами, обеспечивая при этом высокую скорость вычислений.

С увеличением мощности квантовых процессоров становится всё более актуальной проблема оценки их качества работы.

Для этого применяется метод, схожий с медицинской томографией — квантовая томография. Она позволяет измерить состояния в различных «срезах» и восстановить полную информацию о системе. Этот подход широко используется в квантовой физике. Однако при работе с большими системами результаты могут быть громоздкими, что снижает эффективность метода.

Кроме того, необходимо учитывать количество измерений, на основе которых делается вывод о качестве работы устройства.

В квантовой томографии есть доверительные интервалы, т.е. диапазоны значений, с достаточно высокой вероятностью содержащие истинное среднее значение некоторой наблюдаемой для восстанавливаемого квантового состояния. Проблема в том, что существующие способы получения таких интервалов, являются либо слишком затратными с точки зрения требуемых вычислительных ресурсов, как например, методы Монте-Карло, либо дают строгие, но слишком пессимистические оценки, как например, метод доверительных политопов, — отметил к.ф.-м.н. Евгений Киктенко, ведущий эксперт научного проекта лаборатории квантовых информационных технологий НИТУ МИСИС.

Исследователи из НИТУ МИСИС и Российского квантового центра разработали инновационный метод анализа данных, полученных с помощью квантовой томографии. Этот метод позволяет не только точно определить текущее состояние квантовой системы, но и оценить разницу между фактическим и желаемым состояниями. Это делает его полезным инструментом для практического применения в работе с различными типами квантовых систем.

Мы показали, что ограниченного набора данных квантовой томографии и простого численного метода на основе линейной инверсии достаточно, чтобы оценить, насколько реально приготавливаемое состояние отличается от целевого. Так можно оценивать не только квантовые состояния, но и качество работы квантовых вентилей — элементарных логических преобразователей квантового компьютера. Метод проверен на разных протоколах квантовой томографии и показал стабильную работу и точные результаты. Доверительные интервалы были очень близки к идеальным, как для томографии квантовых состояний, так и для томографии квантовых процессов при различных значениях уровня значимости, — сказал Алексей Федоров, директор Института физики и квантовой инженерии НИТУ МИСИС, руководитель научной группы «Квантовые информационные технологии» РКЦ.

Подробные результаты описаны в научном журнале Physical Review A (Q1). В дальнейшем исследователи планируют применить новый метод для характеризации квантовых процессоров, разрабатываемых в рамках Дорожной карты по квантовым вычислениям. Ожидается, что он позволит получить более точную информацию о шумах, присутствующих в различных архитектурах квантовых процессоров.

Исследование выполнено в рамках стратегического проекта НИТУ МИСИС «Квантовый интернет» по программе Минобрнауки России „Приоритет-2030“ (проект К1-2022-027) и при поддержке грантов Российского научного фонда (№ 19-71-10091).

28.06.2024


Подписаться в Telegram



Хайтек

В ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ
В ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ

Образовательное пространство Технологическое м...

Physical Review Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм
Physical Review Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм

Магнитные материалы традиционно классифицируют...

Nature: Международная группа ученых решает сложную физическую задачу
Nature: Международная группа ученых решает сложную физическую задачу

Сильно взаимодействующие системы играют важную...

В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом

С помощью большой языковой модели инженеры Мас...

Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах

Исследовательская группа, работающая в UN...

Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий

Когда речь заходит о сверхпроводящих куби...

Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов
Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов

Исследователи из Калифорнийского универси...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Nature: Поражение лёгких при COVID долго не проходит из-за реакции иммунитета
Nature: Поражение лёгких при COVID долго не проходит из-за реакции иммунитета
JACS: Ученые выяснили, как повысить эффективность фотокатализа
JACS: Ученые выяснили, как повысить эффективность фотокатализа
В ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ
В ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ
Nature Energy: Создана мембрана для удаления CO2, работающая на влажности
Nature Energy: Создана мембрана для удаления CO2, работающая на влажности
Nature Communications: Доказана перспективность универсальной вакцины от гриппа
Nature Communications: Доказана перспективность универсальной вакцины от гриппа
PRC: Ядерная структура титана-48 меняется при наблюдении с разного расстояния
PRC: Ядерная структура титана-48 меняется при наблюдении с разного расстояния
PRSBBS: Несколько видов муравьев выработали одинаковые отношения с деревьями
PRSBBS: Несколько видов муравьев выработали одинаковые отношения с деревьями
Кристаллографы СПбГУ раскрыли структуру минерала, открытого более 70 лет назад
Кристаллографы СПбГУ раскрыли структуру минерала, открытого более 70 лет назад
В МТУСИ разработали систему отслеживания модели человека во время фитнеса
В МТУСИ разработали систему отслеживания модели человека во время фитнеса
Студенты СевГУ предложили способ найти сбежавшую собаку при помощи спутника
Студенты СевГУ предложили способ найти сбежавшую собаку при помощи спутника
Учёные КФУ разработали новые материалы для металл-ионных аккумуляторов
Учёные КФУ разработали новые материалы для металл-ионных аккумуляторов
Московский Политех открывает «Книгу будущего» для развития инновационных изданий
Московский Политех открывает «Книгу будущего» для развития инновационных изданий
Эффективность светодиодов для дополненной реальности выросла вдвое
Эффективность светодиодов для дополненной реальности выросла вдвое
Advanced Materials: Гидрогелевое средство контрацепции сможет лечить эндометриоз
Advanced Materials: Гидрогелевое средство контрацепции сможет лечить эндометриоз
Nature Physics: Новый коллайдер стал ближе с технологией маршалинга мюонов
Nature Physics: Новый коллайдер стал ближе с технологией маршалинга мюонов

Новости компаний, релизы

Московский вуз готовит профессионалов для защиты учебных заведений
Ведущие игроки агрорынка представят новинки на «Дне поля» в Агробиотехнопарке Казанского ГАУ
Московский Политех и ведущие российские компании запускают 79 практико-ориентированных образовательных программ
Студенты Университета МИСИС выиграли 2.8 млн рублей в хакатоне «Лидеры цифровой трансформации»
U-NOVUS 2024: технологическое развитие России немыслимо без университетов и инвестиций бизнеса в техпред