中國科大在機器學(xué)習(xí)提高超導(dǎo)量子比特讀取效率上取得重要進展

9月3日消息（余予）來自中國科大的消息顯示，中國科大郭光燦院士團隊近日在機器學(xué)習(xí)提高超導(dǎo)量子比特讀取效率上取得重要進展。該團隊郭國平教授研究組與本源量子計算公司合作，在本源“夸父”6比特超導(dǎo)量子芯片上研究了串?dāng)_對量子比特狀態(tài)讀取的影響，并創(chuàng)新性地提出使用淺層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來識別和讀取量子比特的狀態(tài)信息，從而大幅度抑制了串?dāng)_的影響，進一步提高了多比特讀取保真度。

據(jù)了解，近些年，國際上分別實現(xiàn)了高保真度的單比特單發(fā)讀取以及多比特的多路復(fù)用式單發(fā)讀取；然而，由于各種形式的雜散耦合的存在，鄰近比特的狀態(tài)可能會對目標比特的測量結(jié)果產(chǎn)生影響，從而降低測量保真度，進而降低量子算法的成功率。隨著量子芯片的進一步擴展，為了進一步提高讀取保真度，如何解決上述串?dāng)_問題將成為研究者們面臨的主要挑戰(zhàn)。

圖1 傳統(tǒng)量子比特讀取方案以及串?dāng)_的影響

為了解決讀取串?dāng)_的問題，在此之前，國際上其他課題組的主要集中在如何從硬件層面抑制串?dāng)_，例如為每一個量子比特的讀取腔單獨配置一個讀取濾波器，或者增大讀取腔之間的空間和頻域距離；這些方案雖然在一定程度上抑制了串?dāng)_，但是都對量子芯片的擴展和集成產(chǎn)生了不利的影響。

圖2 第一代“夸父”6比特超導(dǎo)量子芯片結(jié)構(gòu)圖

基于以上，郭國平教授研究組與本源量子計算公司合作，通過對量子比特信息提取過程的抽象和模擬，提出一種新的量子比特讀取方案：通過訓(xùn)練基于數(shù)字信號處理流程構(gòu)建的淺層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對量子比特狀態(tài)的精確識別與分類。

研究人員將這一方案應(yīng)用到本源“夸父”6比特超導(dǎo)量子芯片上，實驗發(fā)現(xiàn)，新的讀取方案不僅有效提升了6比特的讀取保真度，而且大幅度抑制了讀取串?dāng)_效應(yīng)；同時，由于新方案中的數(shù)據(jù)處理可以進一步簡化為單步矩陣運算，未來可以直接轉(zhuǎn)移到FPGA上，從而實現(xiàn)對量子比特狀態(tài)的0延時判斷以及對量子比特的實時反饋控制。

該方案不僅適用于超導(dǎo)量子計算，也同時適用于其他量子計算物理實現(xiàn)方案。

圖3 用于量子比特狀態(tài)讀取與分類的淺層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

該成果于近日在國際應(yīng)用物理知名期刊《Physical Review Applied》上。中科院量子信息重點實驗室段鵬博士和陳梓峰碩士為文章共同第一作者，郭國平教授為通訊作者。該工作得到了科技部、國家基金委、中國科學(xué)院和安徽省的資助。

論文鏈接:

http://m.ygpos.cn/uploadfile/2021/0903/20210903161024386G.024063

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