Controle Quântico na Mitigação de Erros de Autômatos Finitos Quânticos

Abstract

A computação clássica vem chegando cada vez mais próxima dos limites da Lei de Moore, existem problemas complexos que são completamente inviáveis de serem solucionados por computadores clássicos. O paradigma de computação quântica tem a capacidade computacional necessária para resolver alguns problemas de forma muito mais eficiente, entretanto, sistemas quânticos ainda são extremamente instáveis e são muito difíceis de controlar adequadamente. Por esse motivo, existe uma grande demanda pelo desenvolvimento de técnicas para caracterizar e mitigar erros que atrapalham o uso da computação quântica. Este trabalho tem como objetivo implementar técnicas de controle quântico na mitigação de erros de decoerência em processos de computação de autômatos finitos quânticos. Para isso, a área de controle quântico em computadores quânticos de supercondutores foi investigada com o intuito de utilizar técnicas que calibram o hardware quântico e controlam a computação por meio portas lógicas quânticas otimizadas descritas na forma de pulsos de micro-ondas que são resistentes a erros de decoerência. As aplicações práticas consideram a utilização da interface IBM Quantum Experience e do kit de desenvolvimento de software Qiskit para a modelagem de sistemas quânticos em ambientes reais. Em complemento ao Qiskit, as ferramentas oferecidas pelo Q-CTRL Boulder Opal foram utilizadas para automatizar os processos de otimização do hardware quântico. Essa abordagem permitiu diminuir consideravelmente os erros na computação de longas palavras. Além de outras melhorias nas variações e previsibilidade dos erros, com palavras de tamanho 198 e 201, foi possível diminuir os erros absolutos nas probabilidades de aceitação, nessa mesma ordem, de 70.51% e 55.96% para 3.86% e 9.82% desconsiderando otimizações circuitais.