Квантовая томография выходит на новый уровень благодаря российским физикам

Учёные из Университета МИСИС и Российского квантового центра разработали усовершенствованный метод анализа данных для квантовой томографии. Этот подход позволяет получать более точную информацию о квантовых состояниях по сравнению с традиционными методами, обеспечивая при этом высокую скорость вычислений.

С увеличением мощности квантовых процессоров становится всё более актуальной проблема оценки их качества работы.

Для этого применяется метод, схожий с медицинской томографией — квантовая томография. Она позволяет измерить состояния в различных «срезах» и восстановить полную информацию о системе. Этот подход широко используется в квантовой физике. Однако при работе с большими системами результаты могут быть громоздкими, что снижает эффективность метода.

Кроме того, необходимо учитывать количество измерений, на основе которых делается вывод о качестве работы устройства.

В квантовой томографии есть доверительные интервалы, т.е. диапазоны значений, с достаточно высокой вероятностью содержащие истинное среднее значение некоторой наблюдаемой для восстанавливаемого квантового состояния. Проблема в том, что существующие способы получения таких интервалов, являются либо слишком затратными с точки зрения требуемых вычислительных ресурсов, как например, методы Монте-Карло, либо дают строгие, но слишком пессимистические оценки, как например, метод доверительных политопов, — отметил к.ф.-м.н. Евгений Киктенко, ведущий эксперт научного проекта лаборатории квантовых информационных технологий НИТУ МИСИС.

Исследователи из НИТУ МИСИС и Российского квантового центра разработали инновационный метод анализа данных, полученных с помощью квантовой томографии. Этот метод позволяет не только точно определить текущее состояние квантовой системы, но и оценить разницу между фактическим и желаемым состояниями. Это делает его полезным инструментом для практического применения в работе с различными типами квантовых систем.

Мы показали, что ограниченного набора данных квантовой томографии и простого численного метода на основе линейной инверсии достаточно, чтобы оценить, насколько реально приготавливаемое состояние отличается от целевого. Так можно оценивать не только квантовые состояния, но и качество работы квантовых вентилей — элементарных логических преобразователей квантового компьютера. Метод проверен на разных протоколах квантовой томографии и показал стабильную работу и точные результаты. Доверительные интервалы были очень близки к идеальным, как для томографии квантовых состояний, так и для томографии квантовых процессов при различных значениях уровня значимости, — сказал Алексей Федоров, директор Института физики и квантовой инженерии НИТУ МИСИС, руководитель научной группы «Квантовые информационные технологии» РКЦ.

Подробные результаты описаны в научном журнале Physical Review A (Q1). В дальнейшем исследователи планируют применить новый метод для характеризации квантовых процессоров, разрабатываемых в рамках Дорожной карты по квантовым вычислениям. Ожидается, что он позволит получить более точную информацию о шумах, присутствующих в различных архитектурах квантовых процессоров.

Исследование выполнено в рамках стратегического проекта НИТУ МИСИС «Квантовый интернет» по программе Минобрнауки России „Приоритет-2030“ (проект К1-2022-027) и при поддержке грантов Российского научного фонда (№ 19-71-10091).

28.06.2024


Подписаться в Telegram



Хайтек

Physical Review Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм
Physical Review Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм

Магнитные материалы традиционно классифицируют...

Nature: Международная группа ученых решает сложную физическую задачу
Nature: Международная группа ученых решает сложную физическую задачу

Сильно взаимодействующие системы играют важную...

В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом

С помощью большой языковой модели инженеры Мас...

Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах

Исследовательская группа, работающая в UN...

Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий

Когда речь заходит о сверхпроводящих куби...

Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов
Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов

Исследователи из Калифорнийского универси...

PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути
PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути

Исследователи из Принстона применили спле...

Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ
Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ

Ученые из Томского политехнического униве...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Acta Biomaterialia: Гидрогель поможет понять механизм развития Альцгеймера
Acta Biomaterialia: Гидрогель поможет понять механизм развития Альцгеймера
Nature Ecology & Evolution: Всеобщий предок LUCA оказался старше, чем считалось
Nature Ecology & Evolution: Всеобщий предок LUCA оказался старше, чем считалось
CSAA: Как восстановить мир в городе после конфликта — проблемы и перспективы
CSAA: Как восстановить мир в городе после конфликта — проблемы и перспективы
Новая технология фотоэлектрических модулей оптимизирована для городских условий
Новая технология фотоэлектрических модулей оптимизирована для городских условий
IEEE Access: Ученые открыли доступ к данным о работе электрических сетей
IEEE Access: Ученые открыли доступ к данным о работе электрических сетей
International Journal of Hydrogen Energy: К 2045 году будем летать на водороде
International Journal of Hydrogen Energy: К 2045 году будем летать на водороде
Нанопластики нарушают структуру и функциональность белков в грудном молоке
Нанопластики нарушают структуру и функциональность белков в грудном молоке
Вдохновились Дюной: Модификация скафандров позволит перерабатывать мочу в воду
Вдохновились Дюной: Модификация скафандров позволит перерабатывать мочу в воду
Cell: Впервые восстановлена трёхмерная структура хромосом шерстистого мамонта
Cell: Впервые восстановлена трёхмерная структура хромосом шерстистого мамонта
На Дне аграрной науки в Казанском ГАУ представили около 30 новых проектов
На Дне аграрной науки в Казанском ГАУ представили около 30 новых проектов
Инновационная поделка выпускника КНИТУ — плащ-невидимка для экстремальных условий
Инновационная поделка выпускника КНИТУ — плащ-невидимка для экстремальных условий
Лекарство от рака крови может повысить эффективность радиотерапии опухолей мозга
Лекарство от рака крови может повысить эффективность радиотерапии опухолей мозга
Гексагональные перовскиты — новое слово в технологии топливных элементов
Гексагональные перовскиты — новое слово в технологии топливных элементов
npj Precision Oncology: Урон для нервов при лечении рака груди можно предсказать
npj Precision Oncology: Урон для нервов при лечении рака груди можно предсказать
С помощью Уэбба ученые нашли потенциально обитаемый ледяной мир
С помощью Уэбба ученые нашли потенциально обитаемый ледяной мир

Новости компаний, релизы

Ведущие игроки агрорынка представят новинки на «Дне поля» в Агробиотехнопарке Казанского ГАУ
Межсетевой экран защитит компьютерные системы от киберугроз
Университет МИСИС будет готовить специалистов в сфере квантовых технологий
Ученые ТПУ нашли эффективный способ создания вязких композиционных материалов для авиационной промышленности и машиностроени
Химики СПбГУ: схожие органические катализаторы ускоряют реакции противоположно друг другу