Het proces waarbij een qubit door wisselwerking met zijn omgeving de fase- en energie-informatie van zijn superpositie verliest en zijn kwantumeigenschappen afbreken. De snelheid ervan wordt beschreven met de energierelaxatietijd T1 en de defaseringstijd T2.
Japanse benaming: デコヒーレンス
“Decoherentie” komt voor in 1 oefenvragen uit 1 onderwerpen, bijv. Hardware voor kwantumcomputers.
Vakgebied: Hardware voor kwantumcomputers
T1 (de energierelaxatietijd) is de tijdconstante waarin een qubit in |1⟩ energie verliest en terugkeert naar |0⟩. T2 (de defaseringstijd) is de tijd tot de informatie over de relatieve fase van een superpositie α|0⟩ + β|1⟩ verloren gaat; omdat 1/T2 = 1/(2T1) + 1/Tφ, geldt T2 ≤ 2T1 (Tφ is de zuivere defaseringstijd). T1 wordt bepaald door energiedissipatie en Tφ door fluctuaties in de qubitfrequentie, en beide worden veroorzaakt door kleine wisselwerkingen met de omgeving.
Bij supergeleidende qubits zijn de belangrijkste oorzaken diëlektrisch verlies door defecten van het type tweeniveausysteem (TLS) in amorfe oxiden aan oppervlakken en grensvlakken, thermische ruis die via de bedrading binnenkomt, flux- en ladingsruis, en quasideeltjes die ontstaan als de supergeleiding wordt verbroken. Er is ook gerapporteerd dat straling zoals kosmische straling tegelijk fouten veroorzaakt over grote delen van een chip. Bij spinqubits in silicium zijn de kernspins van ²⁹Si en ladingsruis een probleem, en bij ionen en neutrale atomen laserruis en fluctuaties van het magnetisch veld. Er zijn daarom verbeteringen nodig in alle delen van de hardware, waaronder materialen, fabricageprocessen, afscherming en filters in de bedrading.
Wat telt, is de verhouding tussen de coherentietijd en de poorttijd. Met een T2 van 100 µs en een poorttijd van 50 ns is de verhouding 2000, wat een ruwe bovengrens geeft voor het aantal bewerkingen dat zonder foutcorrectie kan worden uitgevoerd (in de praktijk komen daar de fouten van de poorten zelf bij). Kwantumfoutcorrectie is de technologie om een berekening voort te zetten terwijl fouten door decoherentie worden gedetecteerd en gecorrigeerd, en vereist dat de fysieke foutkans ruim onder de drempel ligt.
Antwoord: B. De karakteristieke tijd waarin de aangeslagen toestand |1⟩ haar energie aan de omgeving afgeeft en terugkeert naar de grondtoestand |0⟩
T1 is de tijdconstante van het proces waarin een qubit die in |1⟩ is voorbereid energie verliest en terugkeert naar |0⟩; de kans om in |1⟩ te zijn neemt ruwweg af als exp(−t/T1). Bij supergeleidende qubits is de belangrijkste oorzaak energie die weglekt naar de bedrading, het substraat en defecten aan oppervlakken. Samen met T2, de tijd tot de fase-informatie van een superpositie verloren gaat, geeft T1 aan hoe lang een qubit informatie kan vasthouden. T1 en T2 zijn eindig door decoherentie, waarbij de qubit met zijn omgeving wisselwerkt en zijn kwantumeigenschappen verliest; voor correct rekenen moeten de poorttijden veel korter zijn dan T1 en T2.
Nee. Om qubits aan te sturen en te meten, moeten ze met de buitenwereld verbonden zijn, en via die verbindingen ondervinden ze ook de invloed van de omgeving. Inspanningen om de coherentietijden te verlengen worden daarom gecombineerd met kwantumfoutcorrectie om de resterende fouten te herstellen.
Dat alleen beslist het niet. Ionenvallen kunnen coherentietijden van seconden of langer hebben, maar hun poorten zijn ook traag, dus wat moet worden vergeleken is de verhouding tussen coherentietijd en poorttijd, samen met de poortfideliteit.
T1 en T2 zijn eindig door decoherentie, waarbij de qubit met zijn omgeving wisselwerkt en zijn kwantumeigenschappen verliest; voor correct rekenen moeten de poorttijden veel korter zijn dan T1 en T2.
Welke beschrijving van de energierelaxatietijd T1 van een q…Qubit (kwantumbit) Tijdconstante Superpositie (kwantumsuperpositie) Algoritme van Shor Ionenval (ion trap) Josephson-junctie (Josephson junction) Kwantumfoutcorrectie (quantum error correction) Kwantumpoort (quantum gate) NISQ Post-kwantumcryptografie (PQC)