Интерферометрию Рамзея улучшили вращением кубита на сфере Блоха
![]()
N + 1; Eli Levenson-Falk et al. / Nature Communications, 2025 Физики из США в 1,65 раза улучшили точность считывания квантовой информации из кубита методом Рамзея. Для этого ученые применили последовательность импульсов, вращающих вектор в xz-плоскости сферы Блоха. Авторы работы подчеркнули, что разработанный протокол оказался устойчив к самопроизвольному изменению времен релаксации и дефазировки кубита. Результаты исследования опубликованы в Nature Communications. Чтобы получить квантовую информацию, содержащуюся внутри кубита, физики часто измеряют сдвиги частоты с помощью интерферометрии Рамзея. Суть этого метода состоит в том, что двухуровневая система проходит через две и более зоны взаимодействия с осциллирующим магнитным полем. В результате квантовая система осциллирует между двумя своими состояниями с частотой Раби, которая в свою очередь позволяет определить частоту перехода между уровнями системы. С помощью интерферометрии Рамзея физики уточнили сверхтонкое расщепление уровня 2S в атоме водорода и проконтролировали точность запутанных атомных часов. Однако чувствительность такого подхода ограничивает декогеренция: ее скорость, обратно пропорциональная времени дефазировки, существенно уменьшает отношение сигнал/шум в квантовых датчиках. Физики из США под руководством Илая Левенсона-Фалька (Eli Levenson-Falk) из Университета Южной Калифорнии представили новый протокол повышенной чувствительности, стабилизировав один из компонентов блоховского вектора и повысив чувствительность метода в присутствии декогеренции. Для этого физики стабилизировали x-компоненту вектора на сфере Блоха с помощью последовательных вращений в xz-плоскости, что в итоге привело к накоплению дополнительной фазы на ортогональной y-компоненте. Ученые проверили протокол экспериментально на сверхпроводящем кубите трансмонного типа, время дефазировки которого составило от 60 до 90 микросекунд. Этот кубит физики соединили с четвертьволновым резонатором и управляли процессом с помощью резонансных СВЧ-импульсов.![]()
Экспериментальная установка (сверхпроводящий кубит показан зеленым цветом)Eli Levenson-Falk et al. / Nature Communications, 2025 Квантовая томография состояния показала, что последовательные вращения блоховского вектора уменьшили неопределенность при измерении частоты кубита в 1,649 раза. Когда физики провели измерения во время полной эволюции системы, улучшение составило 1,11±0,03 раза. При этом протокол оказался устойчивым даже в том случае, когда времена релаксации и дефазировки менялись во время эксперимента без ведома ученых.![]()
Точность протокола по сравнению с обычной интерферометрией Рамзея в зависимости от начального состояния кубита при одиночном измеренииEli Levenson-Falk et al. / Nature Communications, 2025 Авторы работы отметили, что разработанная ими методика работает даже в том случае, когда температурный диапазон эксперимента меняется с течением времени. В то же время протокол оказался зависимым от так называемого времени простаивания, когда над кубитом не выполняют операции или томографию. О том, как физики провели неразрушающее измерение кубита в квантовой точке, мы писали ранее.
30 апреля 2025, 17:40
N + 1; Eli Levenson-Falk et al. / Nature Communications, 2025 Физики из США в 1,65 раза улучшили точность считывания квантовой информации из кубита методом Рамзея. Для этого ученые применили последовательность импульсов, вращающих вектор в xz-плоскости сферы Блоха. Авторы работы подчеркнули, что разработанный протокол оказался устойчив к самопроизвольному изменению времен релаксации и дефазировки кубита. Результаты исследования опубликованы в Nature Communications. Чтобы получить квантовую информацию, содержащуюся внутри кубита, физики часто измеряют сдвиги частоты с помощью интерферометрии Рамзея. Суть этого метода состоит в том, что двухуровневая система проходит через две и более зоны взаимодействия с осциллирующим магнитным полем. В результате квантовая система осциллирует между двумя своими состояниями с частотой Раби, которая в свою очередь позволяет определить частоту перехода между уровнями системы. С помощью интерферометрии Рамзея физики уточнили сверхтонкое расщепление уровня 2S в атоме водорода и проконтролировали точность запутанных атомных часов. Однако чувствительность такого подхода ограничивает декогеренция: ее скорость, обратно пропорциональная времени дефазировки, существенно уменьшает отношение сигнал/шум в квантовых датчиках. Физики из США под руководством Илая Левенсона-Фалька (Eli Levenson-Falk) из Университета Южной Калифорнии представили новый протокол повышенной чувствительности, стабилизировав один из компонентов блоховского вектора и повысив чувствительность метода в присутствии декогеренции. Для этого физики стабилизировали x-компоненту вектора на сфере Блоха с помощью последовательных вращений в xz-плоскости, что в итоге привело к накоплению дополнительной фазы на ортогональной y-компоненте. Ученые проверили протокол экспериментально на сверхпроводящем кубите трансмонного типа, время дефазировки которого составило от 60 до 90 микросекунд. Этот кубит физики соединили с четвертьволновым резонатором и управляли процессом с помощью резонансных СВЧ-импульсов.
Экспериментальная установка (сверхпроводящий кубит показан зеленым цветом)Eli Levenson-Falk et al. / Nature Communications, 2025 Квантовая томография состояния показала, что последовательные вращения блоховского вектора уменьшили неопределенность при измерении частоты кубита в 1,649 раза. Когда физики провели измерения во время полной эволюции системы, улучшение составило 1,11±0,03 раза. При этом протокол оказался устойчивым даже в том случае, когда времена релаксации и дефазировки менялись во время эксперимента без ведома ученых.
Точность протокола по сравнению с обычной интерферометрией Рамзея в зависимости от начального состояния кубита при одиночном измеренииEli Levenson-Falk et al. / Nature Communications, 2025 Авторы работы отметили, что разработанная ими методика работает даже в том случае, когда температурный диапазон эксперимента меняется с течением времени. В то же время протокол оказался зависимым от так называемого времени простаивания, когда над кубитом не выполняют операции или томографию. О том, как физики провели неразрушающее измерение кубита в квантовой точке, мы писали ранее.