Projeto e teste quântico

A computação quântica utiliza os princípios da física quântica para processar informações usando qubits em vez de bits clássicos. Ao contrário dos bits, os qubits podem existir em vários estados ao mesmo tempo, possibilitando novas formas de resolver certos problemas com maior eficiência. A computação quântica é utilizada em pesquisas iniciais para aplicações como modelagem de materiais, otimização e criptografia. A construção de sistemas quânticos confiáveis requer uma infraestrutura precisa de projeto, controle e medição, desenvolvida em conjunto pela indústria e por instituições de pesquisa, incluindo a Keysight Technologies, a IBM Quantum e laboratórios alinhados ao NIST.

Quer saber mais? Confira nosso blog sobre as5 principais perguntas sobre computação quântica ( ) para se aprofundar no assunto.

Um sistema de controle quântico é a combinação de hardware e software utilizada para acionar, sincronizar e medir qubits durante experimentos quânticos. Ele é usado para gerar pulsos eletromagnéticos ou de micro-ondas precisos, coordenar a sincronização entre canais e ler os estados dos qubits. Os sistemas de controle quântico são essenciais para inicializar qubits, executar portas lógicas e manter a coerência, com desempenho validado por meio de medições calibradas e rastreáveis aos padrões do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST).

O software de controle quântico converte instruções experimentais de alto nível em formas de onda de controle e sequências de medição sincronizadas no tempo. Ele é utilizado para programar pulsos, automatizar a calibração, gerenciar circuitos de realimentação e processar dados experimentais em tempo real. Esse software integra o hardware quântico a estruturas e cadeias de ferramentas externas, incluindo aquelas utilizadas nas plataformas de pesquisa da IBM Quantum, possibilitando experimentos reproduzíveis e controle escalável à medida que aumenta o número de qubits suportados pelos instrumentos da Keysight Technologies.

O controle quântico é fundamental, pois os qubits são altamente sensíveis ao ruído, a erros de temporização e a perturbações ambientais. O controle preciso é utilizado para reduzir as taxas de erro, preservar a coerência e melhorar a fidelidade das portas à medida que os sistemas evoluem de experimentos com um único qubit para arquiteturas com múltiplos qubits. Sem controle e validação avançados, os sistemas quânticos não podem operar de forma confiável. Esses requisitos de controle são medidos experimentalmente e comparados com padrões de referência utilizando métodos padronizados desenvolvidos por instituições de pesquisa como a IBM Quantum e o NIST.

O desempenho dos qubits é medido por meio de sequências de pulsos controladas e leitura calibrada para extrair métricas como fidelidade de porta, tempos de coerência (T₁ e T₂) e taxas de erro. Essas medições são utilizadas para ajustar parâmetros de controle, comparar projetos de qubits e monitorar a estabilidade do sistema ao longo do tempo. A validação geralmente se baseia em testes comparativos aleatórios e fluxos de trabalho de teste repetíveis, com a precisão das medições garantida por meio de práticas de instrumentação e calibração alinhadas aos padrões do NIST e implementadas pela Keysight Technologies.

Para saber mais sobre como os pesquisadores estão enfrentando os desafios da validação quântica, confira este white paper detalhado da Keysight sobre“Navegando pela Revolução Quântica”.