КВАНТОВАЯ ЗАПУТАННОСТЬ В ЗАДАЧАХ КВАНТОВЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ: ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ВЕРИФИКАЦИЯ

Аннотация

Квантовая запутанность является одним из ключевых ресурсов квантовых информационных технологий, определяющих принципиальное превосходство квантовых вычислений над классическими алгоритмами. В работе представлен теоретический анализ условий возникновения и сохранения многочастичной запутанности в системах на основе сверхпроводящих кубитов, а также экспериментальная верификация ключевых результатов. Цель исследования -- изучить зависимость степени запутанности от параметров декогеренции и выявить оптимальные режимы работы квантовых вентилей. Теоретическое описание строилось в рамках формализма матрицы плотности с учётом линдбладовской динамики открытых квантовых систем. Проведено численное моделирование эволюции трёх- и пятикубитных систем при воздействии различных каналов шума: амплитудного затухания, фазовой релаксации и деполяризующего шума. Экспериментальные измерения выполнены на процессоре с топологией решётки 5×5 кубитов при температуре 15 мК. Для количественной оценки запутанности использовались меры конкаррентности, логарифмической негативности и квантовой взаимной информации. Установлено, что при времени когерентности T₂ > 80 мкс реализуется высокоточное выполнение двухкубитных вентилей CNOT с точностью 99.4±0.2%. Показано, что применение динамического подавления ошибок методом составных импульсов увеличивает время жизни запутанного состояния в 2.3 раза. Для пятикубитных систем выявлен пороговый характер перехода от сепарабельного к запутанному состоянию при увеличении силы связи между кубитами. Практическая значимость работы состоит в разработке рекомендаций по оптимизации параметров квантовых процессоров для задач квантовой химии и оптимизации.