Comment caractériser les temps de cohérence des qubits

+ Système de contrôle quantique

Mesurer la cohérence des qubits au fil du temps

La caractérisation de la cohérence d’un qubit nécessite un contrôle précis, un enchaînement répétable des impulsions, une synchronisation temporelle et une lecture fiable de l’état du qubit sur une plage contrôlée de délais. Lors d’une mesure de relaxation T₁, une impulsion de contrôle calibrée fait passer le qubit de son état fondamental à son état excité. Le système attend ensuite un intervalle sélectionné avant de mesurer l’état du qubit. La répétition de cette séquence avec des délais progressivement plus longs permet de déterminer comment la population de l’état excité diminue au fil du temps. Les chercheurs calculent la moyenne des mesures répétées à chaque délai et ajustent la courbe de décroissance obtenue pour estimer le temps de relaxation T₁. Une amplitude d’impulsion constante, une synchronisation précise et une discrimination fiable entre les états mesurés sont essentielles pour obtenir un résultat fiable. Cette mesure permet de mettre en évidence la perte d’énergie au sein du qubit et fournit une référence pour évaluer les performances du dispositif, les variations d’étalonnage et les conditions d’exploitation.

Une mesure de Ramsey évalue la cohérence de phase à l’aide de deux impulsions de contrôle sensibles à la phase, séparées par un intervalle d’évolution libre variable. La première impulsion prépare une superposition, permettant au qubit d’accumuler de la phase au fur et à mesure de son évolution ; la seconde convertit cette différence de phase en une variation mesurable de la probabilité d’état du qubit. En faisant varier cet intervalle, on obtient des franges de Ramsey, dont l’enveloppe décroissante fournit le temps de cohérence communément appelé T₂*. Les chercheurs répètent et font la moyenne de la séquence à chaque délai avant d’ajuster les oscillations et de comparer les résultats au fil du temps. Des signaux de contrôle et de lecture stables, une synchronisation précise et un étalonnage minutieux contribuent à garantir que la décroissance observée reflète bien le comportement du qubit. Sans cela, des erreurs de synchronisation, une dérive d’étalonnage, du bruit de lecture et un rapport signal/bruit limité peuvent masquer les franges ou rendre difficile l’interprétation du déphasage T₂ apparent pour le dispositif testé.

Solution de caractérisation de la cohérence des qubits

Mesurez le temps de cohérence d’un qubit à l’aide d’expériences de relaxation T₁ et de mesure de Ramsey, en faisant varier l’intervalle entre les impulsions de contrôle et la lecture d’état. Dans une expérience T₁, le système de contrôle quantique excite le qubit, attend un délai programmé, puis mesure la façon dont l’état excité se dégrade. Le système de contrôle quantique Keysight coordonne la génération de signaux, le séquencement programmable des impulsions, la synchronisation temporelle et l’acquisition, de sorte que chaque délai soit exécuté de manière cohérente. Dans une expérience de Ramsey, deux impulsions à phase contrôlée encadrent une période d’évolution variable, produisant des franges dont l’atténuation révèle le comportement de déphasage T₂, généralement rapporté sous la forme de T₂*. Les chercheurs répètent les séquences pour effectuer un moyennage, acquièrent les mesures de l’état du qubit et visualisent les données sur toute une plage de délais. L’analyse et l’ajustement permettent d’extraire les temps de relaxation et de cohérence de Ramsey, de comparer les mesures et de suivre l’évolution des performances du dispositif à mesure que les conditions changent au fil du temps. Le contrôle et la lecture intégrés favorisent une caractérisation reproductible de la cohérence tout en réduisant les incohérences de synchronisation et en aidant à distinguer le comportement des qubits du bruit de mesure.

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