Como caracterizar os tempos de coerência dos qubits

+ Sistema de Controle Quântico

Medir a coerência do qubit ao longo do tempo

A caracterização da coerência do qubit requer controle preciso, sequenciamento repetível de pulsos, sincronização de tempo e leitura confiável do estado do qubit em uma faixa controlada de atrasos. Em uma medição de relaxamento T₁, um pulso de controle calibrado leva o qubit de seu estado fundamental para seu estado excitado. O sistema então aguarda um intervalo selecionado antes de medir o estado do qubit. A repetição dessa sequência com atrasos progressivamente maiores revela como a população do estado excitado decai ao longo do tempo. Os pesquisadores calculam a média das medições repetidas em cada atraso e ajustam o decaimento resultante para estimar o tempo de relaxamento T₁. Amplitude de pulso consistente, temporização precisa e discriminação confiável entre os estados medidos são essenciais para um resultado confiável. Essa medição ajuda a revelar a perda de energia no qubit e fornece uma linha de base para avaliar o desempenho do dispositivo, alterações na calibração e condições operacionais.

Uma medição de Ramsey investiga a coerência de fase por meio de dois pulsos de controle sensíveis à fase, separados por um intervalo variável de evolução livre. O primeiro pulso prepara uma superposição, permitindo que o qubit acumule fase à medida que evolui; o segundo converte essa diferença de fase em uma variação mensurável na probabilidade do estado do qubit. A variação do intervalo produz franjas de Ramsey, cujo envelope decrescente fornece o tempo de coerência comumente chamado de T₂*. Os pesquisadores repetem e calculam a média da sequência em cada atraso antes de ajustar as oscilações e comparar os resultados ao longo do tempo. Sinais estáveis de controle e leitura, sincronização precisa e calibração cuidadosa ajudam a garantir que o decaimento observado reflita o comportamento do qubit. Erros de temporização, desvio de calibração, ruído de leitura e relação sinal-ruído limitada podem, de outra forma, obscurecer as franjas ou tornar difícil a interpretação do desfasamento aparente de T₂ para o dispositivo testado.

Solução para caracterização da coerência de qubits

Meça o tempo de coerência do qubit por meio de experimentos de relaxamento T₁ e de medição de Ramsey, que variam o intervalo entre os pulsos de controle e a leitura do estado. Em um experimento T₁, o sistema de controle quântico excita o qubit, aguarda um atraso programado e mede como o estado excitado decai. O Sistema de Controle Quântico da Keysight coordena a geração de sinais, o sequenciamento programável de pulsos, a sincronização de tempos e a aquisição, de modo que cada atraso seja executado de forma consistente. Em um experimento de Ramsey, dois pulsos controlados em fase envolvem um período de evolução variável, produzindo franjas cujo desvanecimento revela o comportamento de desfasamento T₂, normalmente relatado como T₂*. Os pesquisadores repetem as sequências para calcular a média, adquirem medições do estado do qubit e visualizam os dados ao longo de uma varredura de atrasos. A análise e o ajuste ajudam a extrair os tempos de relaxamento e de coerência de Ramsey, comparar medições e acompanhar mudanças no desempenho do dispositivo à medida que as condições variam ao longo do tempo. O controle e a leitura integrados permitem a caracterização repetível da coerência, ao mesmo tempo em que reduzem inconsistências de temporização e ajudam a distinguir o comportamento do qubit do ruído de medição.

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