Mitigation of coherent errors in the control of superconducting qubits with composite pulse sequences

Abstract

Kvanttilaskennan alustana käytettävät suprajohtavat kubitit kärsivät kohinasta ja virheistä. Dekoherenssin lisäksi kvanttiporttien koherentit virheet muodostavat merkittävän virhelähteen tämänhetkisissä kvanttitietokoneissa. Usein niiden vähentämisessä turvaudutaan systeemin kontolliparametrien tarkempaan kalibraatioon, mutta NMR-sovelluksista inspiroitujen pulssisekvenssien hyödyntämistä on myös ehdotettu. Tässä työssä tutkitaan kahden sekvenssimenetelmän, SCROFULOUS:n ja BB1:n, kykyä korjata kontrollipulssin systemaattista amplitudivirhettä hyödyntäen sekä simulaatioita että IQM:n viisikubittista kvanttitietokonetta. Molempien menetelmien todetaan korjaavan amplitudivirhettä laaja-alaisesti, mutta myös keräävän enemmän virhettä operaatioiden määrän kasvaessa. Pulssisekvenssit eivät mahdollista normaalia kalibraatiota tarkempia portteja, sillä natiiviportin todetaan olevan sekvenssejä tarkempi tutkitussa systeemissä.

Superconducting circuits, which are used as a platform for quantum information processing, inherently suffer from noise and errors. In addition to decoherence, coherent errors in the quantum gate operations form a substantial error source in current quantum computing processors. These errors are typically only addressed with the calibration of control parameters. Fully compensating composite pulse sequences inspired by the NMR field have been identified as a possible measure to mitigate these errors in superconducting qubits. Here, the performance of two sequences, SCROFULOUS and BB1, applicable to an arbitrary single-qubit gate, is simulated and run on a 5-qubit IQM device. Both are able to correct for pulse amplitude errors on a wide range, but perform worse in terms of the accumulation of errors during multiple gates. It is concluded that the sequences do not offer benefits over standard calibration procedures since the native gate is the most accurate in the studied system.