Come caratterizzare i tempi di coerenza dei qubit

+ Sistema di controllo quantistico

Misurare la coerenza dei qubit nel tempo

La caratterizzazione della coerenza dei qubit richiede un controllo preciso, una sequenza di impulsi ripetibile, una temporizzazione sincronizzata e una lettura affidabile dello stato dei qubit in un intervallo controllato di ritardi. In una misurazione del rilassamento T₁, un impulso di controllo calibrato porta il qubit dal suo stato fondamentale al suo stato eccitato. Il sistema attende quindi un intervallo prestabilito prima di misurare lo stato del qubit. Ripetendo questa sequenza con ritardi progressivamente più lunghi, si osserva come la popolazione dello stato eccitato diminuisca nel tempo. I ricercatori calcolano la media delle misurazioni ripetute per ciascun ritardo e adattano il decadimento risultante per stimare il tempo di rilassamento T₁. Un’ampiezza dell’impulso costante, una sincronizzazione accurata e una discriminazione affidabile tra gli stati misurati sono essenziali per ottenere un risultato attendibile. Questa misurazione contribuisce a rivelare la perdita di energia nel qubit e fornisce un punto di riferimento per valutare le prestazioni del dispositivo, le variazioni di calibrazione e le condizioni operative.

Una misurazione di Ramsey rileva la coerenza di fase utilizzando due impulsi di controllo sensibili alla fase, separati da un intervallo di evoluzione libera variabile. Il primo impulso prepara una sovrapposizione, consentendo al qubit di accumulare fase man mano che evolve; il secondo converte tale differenza di fase in una variazione misurabile della probabilità dello stato del qubit. La variazione dell’intervallo produce frange di Ramsey, il cui inviluppo in decadimento fornisce il tempo di coerenza comunemente denominato T₂*. I ricercatori ripetono e calcolano la media della sequenza per ciascun ritardo prima di effettuare l’adattamento delle oscillazioni e confrontare i risultati nel tempo. Segnali di controllo e di lettura stabili, una sincronizzazione precisa e un’attenta calibrazione contribuiscono a garantire che il decadimento osservato rifletta il comportamento del qubit. Errori di temporizzazione, deriva di calibrazione, rumore di lettura e un rapporto segnale-rumore limitato possono altrimenti oscurare le frange o rendere difficile l’interpretazione del defasamento T₂ apparente per il dispositivo testato.

Soluzione per la caratterizzazione della coerenza dei qubit

Misurare il tempo di coerenza del qubit mediante esperimenti di rilassamento T₁ e di misurazione di Ramsey, variando l’intervallo tra gli impulsi di controllo e la lettura dello stato. In un esperimento T₁, il sistema di controllo quantistico eccita il qubit, attende un ritardo programmato e misura il decadimento dello stato eccitato. Il sistema di controllo quantistico Keysight coordina la generazione del segnale, la sequenzializzazione programmabile degli impulsi, la sincronizzazione temporale e l’acquisizione, in modo che ogni ritardo venga eseguito in modo coerente. In un esperimento di Ramsey, due impulsi a fase controllata racchiudono un periodo di evoluzione variabile, producendo frange il cui dissolvenza rivela il comportamento di defasamento T₂, tipicamente riportato come T₂*. I ricercatori ripetono le sequenze per calcolare la media, acquisiscono le misurazioni dello stato del qubit e visualizzano i dati lungo una scansione dei ritardi. L’analisi e l’adattamento aiutano a estrarre i tempi di rilassamento e di coerenza di Ramsey, a confrontare le misurazioni e a monitorare i cambiamenti nelle prestazioni del dispositivo man mano che le condizioni variano nel tempo. Il controllo e la lettura integrati supportano una caratterizzazione ripetibile della coerenza, riducendo al contempo le incongruenze di temporizzazione e aiutando a distinguere il comportamento dei qubit dal rumore di misurazione.

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