科学家们最近发现了一种方法，能够实时追踪量子计算机内部量子比特快速波动的现象。尼尔斯·玻尔研究所的研究人员成功开发了这种技术，该技术把商用硬件和全新的测量策略结合起来，捕捉到了之前从未被观测到的量子比特性能快速波动。超导电路量子比特是量子计算机的基本构成单元，科学家希望未来能利用这些量子比特超越现有的超级计算机。然而，量子比特天生极度敏感，制作材料中存在微小缺陷，这些缺陷每秒会产生数百次微小变化。每一次变化都会改变量子比特的能量损耗速度，导致量子信息流失。 过去，测量量子比特性能需要耗费数分钟甚至更长时间才能完成一次评估，无法捕捉到毫秒级别的快速波动。这次研究给了我们新的思路，研究人员成功提升了测量速度，通过给现场可编程门阵列（FPGA）加上实时自适应测量方法来追踪量子比特能量损耗速率波动。FPGA是一种专为超高速运算设计的处理器。这个系统通过只需要少量测量数据就能准确预估能量损耗速度，大大提升了效率。 这次实验选用了OPX1000 FPGA控制器，这是由量子机器公司（Quantum Machines）推出的一种商用硬件。OPX1000支持类似Python的编程语言，这为全球各地的研究团队提供了便利。这次实验使用了超导电路量子比特作为对象，它们会向周围环境泄漏能量并且受环境噪声影响。传统方法无法捕捉到这种快速变化，而FPGA驱动的经典控制器能够通过反复测量来持续监测和调整控制脉冲时序。 贝里塔博士带领尼尔斯·玻尔研究所量子器件中心和诺和诺德基金会量子计算项目团队完成了这次研究。他们的高速经典控制器能够在几毫秒内更新对量子比特弛豫速率的估算结果，这让传统方法滞后数秒甚至数分钟的局面彻底改变。他们的工作填补了该领域的认知空白，揭示了超导量子处理器表征和校准的时间尺度。 FPGA已经被广泛应用于许多科学领域，但是这次研究还是首次明确了超导量子比特波动具体时间尺度。通过他们开发的算法，高速控制硬件能够实现对量子比特优劣状态进行实时精准识别。“问题比特”的统计分析也可以在数秒内完成。 尽管这个研究带来了许多重要进展，但是贝里塔博士也坦言，他们仍然无法解释观测到的大部分波动现象。为了将量子处理器扩展到实用规模，必须探明并掌控量子比特特性波动背后的物理机制。 参考文献：Real-Time Adaptive Tracking of Fluctuating Relaxation Rates in Superconducting QubitsDOI: 10.1103/gk1b-stl3