Cómo caracterizar los tiempos de coherencia de los qubits

+ Sistema de control cuántico

Medir la coherencia de los qubits a lo largo del tiempo

La caracterización de la coherencia de los qubits requiere un control preciso, una secuenciación repetible de los pulsos, una sincronización precisa y una lectura fiable del estado de los qubits en un rango controlado de retrasos. En una medición de relajación T₁, un pulso de control calibrado lleva al qubit de su estado fundamental a su estado excitado. A continuación, el sistema espera un intervalo seleccionado antes de medir el estado del qubit. La repetición de esta secuencia con retrasos cada vez más largos revela cómo disminuye la población del estado excitado con el paso del tiempo. Los investigadores calculan la media de las mediciones repetidas en cada retardo y ajustan la curva de decaimiento resultante para estimar el tiempo de relajación T₁. Una amplitud de pulso constante, una sincronización precisa y una discriminación fiable entre los estados medidos son esenciales para obtener un resultado fiable. Esta medición ayuda a revelar la pérdida de energía en el qubit y proporciona una referencia para evaluar el rendimiento del dispositivo, los cambios en la calibración y las condiciones.

Una medición de Ramsey evalúa la coherencia de fase utilizando dos pulsos de control sensibles a la fase, separados por un intervalo de evolución libre variable. El primer pulso prepara una superposición, lo que permite que el qubit acumule fase a medida que evoluciona; el segundo convierte esa diferencia de fase en un cambio medible en la probabilidad del estado del qubit. Al variar el intervalo se producen franjas de Ramsey, cuya envolvente decreciente proporciona el tiempo de coherencia comúnmente denominado T₂*. Los investigadores repiten y promedian la secuencia en cada retardo antes de ajustar las oscilaciones y comparar los resultados a lo largo del tiempo. Un control y unas señales de lectura estables, una sincronización precisa y una calibración cuidadosa ayudan a garantizar que el decaimiento observado refleje el comportamiento del qubit. De lo contrario, los errores de sincronización, la deriva de calibración, el ruido de lectura y una relación señal-ruido limitada pueden ocultar las franjas o dificultar la interpretación del desfase aparente de T₂ para el dispositivo sometido a prueba.

Solución para la caracterización de la coherencia de los qubits

Mide el tiempo de coherencia del qubit mediante experimentos de relajación T₁ y de medición de Ramsey en los que se varía el intervalo entre los pulsos de control y la lectura del estado. En un experimento T₁, el sistema de control cuántico excita el qubit, espera un retardo programado y mide cómo decae el estado excitado. El sistema de control cuántico de Keysight coordina la generación de señales, la secuenciación programable de pulsos, la sincronización temporal y la adquisición de datos, de modo que cada retardo se ejecute de forma coherente. En un experimento de Ramsey, dos pulsos controlados en fase enmarcan un periodo de evolución variable, produciendo franjas cuyo desvanecimiento revela el comportamiento de desfasamiento T₂, que suele expresarse como T₂*. Los investigadores repiten las secuencias para obtener promedios, adquieren mediciones del estado del qubit y visualizan los datos a lo largo de un barrido de retardo. El análisis y el ajuste ayudan a extraer los tiempos de relajación y de coherencia de Ramsey, a comparar mediciones y a realizar un seguimiento de los cambios en el rendimiento del dispositivo a medida que las condiciones varían con el tiempo. El control y la lectura integrados permiten una caracterización repetible de la coherencia, al tiempo que reducen las inconsistencias de sincronización y ayudan a distinguir el comportamiento del qubit del ruido de medición.

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M5301A AWG de precisión PXIe: 4 canales, 400 MHz

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Q5401A: sistema de control cuántico de 2 y 5 qubits

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Módulo de sincronización de sistema PXIe M9033A, 5 puertos

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