Квантовые биты, или кубиты, крайне волатильны: их физические характеристики могут трансформироваться за доли секунды, что существенно препятствует созданию отказоустойчивых и масштабируемых систем. До недавнего времени ученые не обладали инструментами для прямого наблюдения столь стремительных флуктуаций. Однако физики из Института Нильса Бора при Копенгагенском университете разработали комплекс мониторинга в реальном времени, который фиксирует изменения состояния кубита примерно в 100 раз быстрее существующих аналогов.
В основе инновации лежит адаптивный алгоритм измерений, реализованный на базе высокоскоростного FPGA-контроллера (программируемой логической интегральной схемы). Система, опирающаяся на байесовскую модель, актуализирует данные о скорости релаксации кубита после каждого замера. Это позволяет регистрировать переходы между квантовыми состояниями практически мгновенно, сокращая время сбора статистики по нестабильным элементам с нескольких часов до считанных секунд.
Исследование выявило, что даже условно стабильные кубиты могут деградировать за миллисекунды из-за микроскопических дефектов в материалах, которые перемещаются сотни раз в секунду. Традиционные методы диагностики, занимающие около минуты, не позволяли фиксировать эти кратковременные всплески, маскируя реальную динамику поведения квантовых объектов.
Технологическое решение базируется на коммерческом контроллере OPX1000 от Quantum Machines, который программируется на языке, близком к Python, что делает методику доступной для широкого научного сообщества. Экспериментальная часть работы проводилась в тесном сотрудничестве с университетами Норвегии, Лейдена и Чалмерса, где и был изготовлен квантовый процессор.
Оперативная калибровка и непрерывный мониторинг становятся фундаментом надежности квантовых вычислителей. Новая методика позволяет мгновенно идентифицировать проблемные кубиты и корректировать алгоритмы работы процессора, что критически важно для повышения производительности и масштабирования систем.
Данное открытие способно в корне изменить подходы к тестированию квантового оборудования. Теперь стабильность процессоров будет определяться не по средним показателям, а по мониторингу наиболее уязвимых звеньев, состояние которых теперь можно отслеживать и оптимизировать в режиме реального времени.
Источник: iXBT
