Wetenschappers hebben een innovatieve techniek ontwikkeld om de kwaliteit van zogenaamde 'entangling gates' in quantumcomputers aanzienlijk te verbeteren. Door gebruik te maken van het Autler-Townes-effect is het mogelijk om de precisie van deze poorten te verhogen, wat essentieel is voor de ontwikkeling van grootschalige systemen die bestand zijn tegen fouten.
In de huidige staat van de quantumtechnologie vormt het bereiken van een hoge getrouwheid, of fidelity, een van de grootste hindernissen. Voor supergeleidende quantumcomputers is dit cruciaal, omdat fouten in deze systemen zich anders te snel opstapelen om complexe berekeningen betrouwbaar uit te voeren. Volgens een wetenschappelijke publicatie op arxiv.org kampen bestaande methoden met fundamentele beperkingen.
Er zijn momenteel twee dominante benaderingen in het veld, maar beide kennen nadelen. Technieken die gebaseerd zijn op frequentie-aanpassing leiden vaak tot decoherentie, waardoor de stabiliteit van de quantumtoestand in gevaar komt. Aan de andere kant zijn er systemen die volledig op microgolven vertrouwen. Bij deze laatste methode ontstaat er echter een problematische balans tussen de snelheid van de operatie en het zogenaamde 'leakage', waarbij informatie onbedoeld ontsnapt naar energieniveaus die buiten de rekenruimte vallen.
Om deze knelpunten weg te nemen, hebben onderzoekers, waaronder Zhi-Rong Lin en Wan-Peng Gao, een nieuwe vorm van 'energy-level engineering' geïntroduceerd. Deze aanpak manipuleert de nonlineariteit van qubits via het Autler-Townes-effect. Het grote voordeel van deze specifieke methode is dat de manipulatie kan plaatsvinden zonder de coherentietijd te verslechteren of de computationele subspace te verstoren. Hierdoor kunnen de eigenschappen van de qubits worden aangepast terwijl de informatie stabiel blijft.
De praktische effectiviteit van deze methode is aangetoond door de realisatie van een Controlled-Z gate (CZ-gate). De resultaten, die zijn beschreven in een rapport via , tonen aan dat deze gate een zeer hoge precisie bereikt. De operatie wordt voltooid in een tijdspanne van 97 nanoseconden, met een getrouwheid van 99,40(9)%. Uit analyses blijkt dat de resterende foutmarges hoofdzakelijk worden veroorzaakt door statische decoherentie, wat suggereert dat de nieuwe methode zelf de fouten tot een minimum beperkt.
Naast de technische prestaties is de methode ook praktisch aantrekkelijk vanwege de eenvoudige topologie. Dit maakt de integratie in complexere quantumarchitecturen eenvoudiger. De auteurs van het onderzoek, wiens bevindingen zijn gedeeld via , geven aan dat dit schema voor snelle microgolf-operaties breed inzetbaar is op verschillende quantumplatforms.
Door de traditionele afweging tussen snelheid en lekverlies te doorbreken, legt deze techniek een fundament voor toekomstige quantumprocessors. De mogelijkheid om gates te creëren die zowel snel als uiterst nauwkeurig zijn, is een noodzakelijke voorwaarde voor computers die berekeningen kunnen uitvoeren die voor klassieke systemen onmogelijk zijn. De volledige theoretische en experimentele onderbouwing is terug te vinden in de publicatie op en in het vakblad Science China Physics, Mechanics & Astronomy.