توصيف وتخفيف الأخطاء المتماسكة في معالج كمومي أيوني محاصر باستخدام مقلوب مخفية

توصيف وتخفيف الأخطاء المتماسكة في معالج كمومي أيوني محاصر باستخدام مقلوب مخفية

الطابع الزمني: 15 مايو 2023 8:55 صباحًا

سوارناديب ماجومدير1,2كريستوفر جي ييل3، تيتوس د. موريس4، دانيال س3، أشلين د3، ماثيو إن إتش تشاو3,5,6ميليسا سي ريفيل3، سوزان م كلارك3، ورفائيل سي بوسر4

1مركز ديوك الكم ، جامعة ديوك ، دورهام ، نورث كارولاينا 27701 ، الولايات المتحدة الأمريكية
2قسم الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسبات ، جامعة ديوك ، دورهام ، نورث كارولاينا 27708 الولايات المتحدة الأمريكية
3مختبرات سانديا الوطنية ، البوكيرك ، NM 87123 ، الولايات المتحدة الأمريكية
4قسم علوم معلومات الكم ، مختبر أوك ريدج الوطني ، أوك ريدج ، TN 37831 ، الولايات المتحدة الأمريكية
5قسم الفيزياء وعلم الفلك ، جامعة نيو مكسيكو ، البوكيرك ، نيو مكسيكو 87131 ، الولايات المتحدة الأمريكية
6مركز المعلومات والتحكم الكمومي ، جامعة نيو مكسيكو ، البوكيرك ، نيو مكسيكو 87131 ، الولايات المتحدة الأمريكية

تجد هذه الورقة مثيرة للاهتمام أو ترغب في مناقشة؟ Scite أو ترك تعليق على SciRate.

ملخص

تُظهر قاعات اختبار الحوسبة الكمية تحكمًا كميًا عالي الدقة على مجموعات صغيرة من الكيوبتات ، مما يتيح أداء عمليات دقيقة وقابلة للتكرار متبوعة بالقياسات. حاليًا ، يمكن لهذه الأجهزة متوسطة الحجم الصاخبة أن تدعم عددًا كافيًا من العمليات المتسلسلة قبل فك الترابط بحيث يمكن إجراء خوارزميات المدى القريب بدقة تقريبية (مثل الدقة الكيميائية لمشاكل كيمياء الكم). في حين أن نتائج هذه الخوارزميات غير كاملة ، يمكن أن تساعد هذه العيوب في تمهيد تطوير اختبار الكمبيوتر الكمومي. أدت العروض التوضيحية لهذه الخوارزميات على مدى السنوات القليلة الماضية ، إلى جانب فكرة أن أداء الخوارزمية غير الكامل يمكن أن يكون ناتجًا عن العديد من مصادر الضوضاء المهيمنة في المعالج الكمي ، والتي يمكن قياسها ومعايرتها أثناء تنفيذ الخوارزمية أو في مرحلة ما بعد المعالجة ، مما أدى إلى استخدام التخفيف من الضوضاء لتحسين النتائج الحسابية النموذجية. على العكس من ذلك ، يمكن أن تساعد الخوارزميات المعيارية المقترنة بتخفيف الضوضاء في تشخيص طبيعة الضوضاء ، سواء كانت منتظمة أو عشوائية بحتة. هنا ، نحدد استخدام تقنيات متماسكة لتخفيف الضوضاء كأداة توصيف في أسطح اختبار الأيونات المحاصرة. نقوم بتنفيذ نموذج ملائم للبيانات الصاخبة لتحديد مصدر الضوضاء بناءً على نماذج ضوضاء مركزة على الفيزياء الواقعية وإثبات أن تضخيم الضوضاء المنهجي إلى جانب مخططات تخفيف الخطأ يوفر بيانات مفيدة لخصم نموذج الضوضاء. علاوة على ذلك ، من أجل ربط تفاصيل نموذج الضوضاء ذات المستوى الأدنى مع الأداء المحدد للتطبيق لخوارزميات المدى القريب ، نقوم بشكل تجريبي ببناء مشهد خسارة خوارزمية متغيرة في ظل مصادر ضوضاء مختلفة محقونة مقترنة بتقنيات تخفيف الخطأ. يتيح هذا النوع من الاتصال تصميم رموز الأجهزة المدركة للتطبيق ، حيث تصبح مصادر الضوضاء الأكثر أهمية في تطبيقات معينة ، مثل كيمياء الكم ، بؤر تحسين في الأجيال اللاحقة من الأجهزة.

توصيف وتخفيف الأخطاء المتماسكة في المعالج الكمي الأيوني المحاصر باستخدام العكسيات المخفية لذكاء بيانات PlatoBlockchain. البحث العمودي. منظمة العفو الدولية.

الصورة المميزة: مجتمع فضاء المرحلة (احتمال قياس $ | 0rangle $) بعد تطبيق [$ H- X (Theta) - Z (Phi) - H ^ dagger $] $ ^ {100} $ on $ | 0rangle $ كدالة من $ Theta ، Phi $ للمحاكاة والتجربة. يمكن أن توفر البروتوكولات العكسية المخفية توصيفًا واحدًا للكيوبت دقيقًا ورخيصًا.

ملخص شعبي

أجهزة الكمبيوتر الكمومية من عصر NISQ ، بحكم تعريفها ، صاخبة وغير كاملة ، وتتطلب طرقًا لتخفيف الخطأ من أجل تحسين أداء الدائرة. في هذا البحث ، أوضحنا أن تقنية تعرف باسم الانعكاسات المخفية يمكن أن تعمل كطريقة لتخفيف الخطأ وكذلك لتوصيف الخطأ. تعتمد الانعكاسات المخفية على القدرة على إنشاء دوائر ذات بوابات مركبة غير أصلية تكون متصلة بذاتها (مثل Hadamard أو التحكم - NOT) ، مما يعني أنه يمكن إنشاؤها عبر سلسلة من بوابات الأجهزة الأصلية أو تلك البوابات الأصلية المقلوبة في تسجيل الدخول وترتيب الوقت. باستخدام الكمبيوتر الكمومي المحاصر ، نعرض أولاً تجربة يتم فيها تبديل Hadamard وعكسه مع دوران خطأ صغير مدرج. من خلال ملاءمة النتائج لنموذج بسيط ، يمكننا بعد ذلك وصف الأخطاء المتماسكة في النظام ، ومعرفة كيف تنجرف هذه الأخطاء بمرور الوقت. نستخدم بعد ذلك حرف NOT الخاضع للرقابة وعكسه داخل eigensolver الكمي المتغير. من خلال حقن الخطأ المتعمد ، نوضح أن الدوائر التي تم إنشاؤها عبر بروتوكولات عكسية مخفية تتفوق على تقنية أخرى لتخفيف الخطأ ، وهي التجميع العشوائي. ندرس أيضًا تخفيف الخطأ في هذا النظام عبر تنقية مادة الفرميونية ، وهي منهجية ما بعد المعالجة. من خلال هذا الفحص ، وجدنا أن استخدام نفس التقنية ، أي الانعكاسات الخفية ، لتوصيف مصادر الأخطاء على الأجهزة ثم التخفيف من خلال نفس النهج هو أداة قوية لأجهزة الكمبيوتر الكمومية في عصر NISQ.

► بيانات BibTeX

ferences المراجع

[1] JJ Wallman and J. Emerson، Physical Review A 94، 052325 (2016)، الناشر: American Physical Society.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.94.052325

[2] B. Zhang ، S. Majumder ، PH Leung ، S. Crain ، Y. Wang ، C. Fang ، DM Debroy ، J. Kim ، و KR Brown ، Phys. القس المطبق 17 ، 034074 (2022).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.17.034074

[3] L. Egan ، و DM Debroy ، و C. Noel ، و A. Risinger ، و D. Zhu ، و D. Biswas ، و M. Newman ، و M. Li ، و KR Brown ، و M. Cetina ، و C. Monroe ، Nature 598 ، 281 (2021) .
الشبكي: / / doi.org/ 10.1038 / s41586-021-03928 ذ

[4] S. Krinner، N. Lacroix، A. Remm، A. Di Paolo، E. Genois، C. Leroux، C. Hellings، S. Lazar، F. Swiadek، J. Herrmann، GJ Norris، CK Andersen، M. Müller ، A. Blais، C. Eichler، and A. Wallraff، Nature 605، 669 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-022-04566-8

[5] سي ريان أندرسون ، جيه بونيت ، كاي لي ، دي غريش ، إيه هانكين ، جيه جايبلر ، دي فرانسوا ، أ. K. Gilmore ، J. Gerber ، B. Neyenhuis ، D. Hayes ، and R. Stutz ، Physical Review X 11 ، 041058 (2021) ، الناشر: American Physical Society.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.11.041058

[6] R. Blume-Kohout، JK Gamble، E. Nielsen، J. Mizrahi، JD Sterk، and P. Maunz، arXiv preprint arXiv: 1310.4492 (2013).
https: / / doi.org/10.48550 / arXiv.1310.4492
أرخايف: 1310.4492

[7] بي آر جونسون النائب د. Silva، CA Ryan، S. Kimmel، JM Chow، and TA Ohki، New Journal of Physics 17، 113019 (2015)، الناشر: IOP Publishing.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​17/​11/​113019

[8] نيلسن ، ك. رودنغر ، تي بروكتور ، ك.يونغ ، و آر بلوم-كوهوت ، المجلة الجديدة للفيزياء 23 ، 093020 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​ac20b9

[9] PD Nation، H. Kang، N. Sundaresan، and JM Gambetta، PRX Quantum 2، 040326 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.040326

[10] Y. Kim، CJ Wood، TJ Yoder، ST Merkel، JM Gambetta، K. Temme، and A. Kandala، Nature Physics 10.1038 / s41567-022-01914-3 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41567-022-01914-3

[11] E. Peters، ACY Li، and GN Perdue، arXiv: 2105.08161 [quant-ph] (2021)، arXiv: 2105.08161.
https: / / doi.org/10.48550 / arXiv.2105.08161
أرخايف: 2105.08161

[12] A. Strikis ، D. Qin ، Y. Chen ، SC Benjamin ، and Y. Li ، PRX Quantum 2 ، 040330 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.040330

[13] C. Piveteau ، D. Sutter ، S. Bravyi ، JM Gambetta ، و K. Temme ، Phys. القس ليت. 127 ، 200505 (2021).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.200505

[14] R. LaRose، A. Mari، S. Kaiser، PJ Karalekas، AA Alves، P. Czarnik، M. El Mandouh، MH Gordon، Y. Hindy، A. Robertson، P. Thakre، M. Wahl، D. Samuel، R. Mistri ، M. Tremblay ، N. Gardner ، NT Stemen ، N. Shammah ، and WJ Zeng ، Quantum 6 ، 774 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-08-11-774

[15] S. Zhang ، Y. Lu ، K. Zhang ، W. Chen ، Y. Li ، J.-N. Zhang، and K. Kim، Nature Communications 11، 587 (2020)، arXiv: 1905.10135.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1038 / s41467-020-14376 زي

[16] P. Czarnik ، A. Arrasmith ، PJ Coles ، و L. Cincio ، Quantum 5 ، 592 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-11-26-592

[17] Y. Suzuki، S. Endo، K. Fujii، and Y. Tokunaga، PRX Quantum 3، 010345 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.010345

[18] K. Temme ، S. Bravyi ، و JM Gambetta ، Phys. القس ليت. 119 ، 180509 (2017).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.180509

[19] E. vd Berg ، و ZK Minev ، و A. Kandala ، و K. Temme ، الإصدار التمهيدي لـ arXiv arXiv: 2201.09866 (2022).
https: / / doi.org/10.48550 / arXiv.2201.09866
أرخايف: 2201.09866

[20] ليتون أورتيجا ، س. ماجومدر ، وآر سي بووزر ، علوم وتكنولوجيا الكم 8 ، 014008 (2022).
https: / / doi.org / 10.1088 / 2058-9565 / aca92d

[21] K. Yeter-Aydeniz، BT Gard، J. Jakowski، S. Majumder، GS Barron، G. Siopsis، TS Humble، and RC Pooser، Advanced Quantum Technologies 4، 2100012 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1002 / qute.202100012

[22] SM Clark، D. Lobser، MC Revelle، CG Yale، D.Bossert، AD Burch، MN Chow، CW Hogle، M. Ivory، J. Pehr، B. Salzbrenner، D. Stick، W. Sweatt، JM Wilson، E وينرو ، ب. ماونز ، معاملات IEEE في هندسة الكم 2 ، 1 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TQE.2021.3096480

[23] S. Olmschenk، KC Younge، DL Moehring، DN Matsukevich، P. Maunz، and C. Monroe، Phys. القس أ 76 ، 052314 (2007).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.76.052314

[24] بي ماونز ، تيك. مندوب SAND2016-0796R 10.2172 / 1237003 (2016).
الشبكي: / / doi.org/ 10.2172 / 1237003

[25] هايز ، دي إن ماتسوكيفيتش ، بي ماونز ، د. هوكول ، كيو قريشي ، إس أولمشينك ، دبليو كامبل ، ج. القس ليت. 104 ، 140501 (2010).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.104.140501

[26] ديبناث ، إن إم لينك ، سي فيجات ، كا لاندسمان ، كاي رايت ، وسي مونرو ، Nature 536 ، 63 (2016).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1038 / nature18648

[27] PJ Lee، K.-A. Brickman، L. Deslauriers، PC Haljan، L.-M. دوان وسي مونرو ، مجلة البصريات ب: البصريات الكمومية وشبه الكلاسيكية 7 ، S371 (2005).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1464-4266/​7/​10/​025

[28] L. Deslauriers، PC Haljan، PJ Lee، K.-A. بريكمان ، بي بي بلينوف ، إم جي مادسن ، سي مونرو ، فيز. القس أ 70 ، 043408 (2004).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.70.043408

[29] BCA Morrison، AJ Landahl، DS Lobser، KM Rudinger، AE Russo، JW Van Der Wall، and P. Maunz ، في 2020 IEEE المؤتمر الدولي للحوسبة الكمومية والهندسة (QCE) (2020) ص 402-408.
https: / / doi.org/10.1109 / QCE49297.2020.00056

[30] دي لوبسير ، جيه. تحديد النبضات والأشكال الموجية لجقال (2021).
https: / / www.sandia.gov/ app / uploads / sites / 174/2023/03 / JaqalPaw__A_Guide_to_Defining_Pulses_and_Waveforms_for_Jaqal2.pdf

[31] بي فيرتانن ، آر جومرز ، تي إي أوليفانت ، إم هابرلاند ، تي ريدي ، دي كورنابو ، إي بوروفسكي ، بي بيترسون ، دبليو ويكيسر ، جي برايت ، إس جيه فان دير والت ، إم بريت ، ج. Wilson، KJ Millman، N. Mayorov، ARJ Nelson، E. Jones، R. Kern، E. Larson، CJ Carey، İ. بولات ، واي فينج ، إي دبليو مور ، جي فاندربلاس ، دي لاكسالدي ، جي بيركتولد ، آر سيمرمان ، آي هنريكسن ، إي إيه كوينتيرو ، سي آر هاريس ، إيه إم أرشيبالد ، إيه إتش ريبيرو ، إف بيدريجوزا ، بي فان مولبيرجت ، و SciPy 1.0 المساهمون ، طرق الطبيعة 17 ، 261 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41592-019-0686-2

[32] ماكاسكي ، ZP Parks ، J. Jakowski ، SV Moore ، TD Morris ، TS Humble ، and RC Pooser ، NPJ Quantum Inf 5 ، 99 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-019-0209-0

[33] NC Rubin ، R. Babbush ، and J. McClean ، New Journal of Physics 20 ، 053020 (2018).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / aab919

[34] دي جي وينلاند ، سي مونرو ، دبليو إم إيتانو ، دي ليبفريد ، بي كينج ، و دي إم ميكهوف ، مجلة أبحاث المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا 103 ، 259 (1998).
https: / / doi.org/ 10.6028 / jres.103.019

دليلنا يستخدم من قبل

[1] هي-ليانغ هوانغ ، وشياو يو شو ، وتشو غو ، وجوجينغ تيان ، وشي جي وي ، وشياومينغ صن ، ووان-سو باو ، وجوي-لو لونغ ، "تقنيات الحوسبة الكمية على المدى القريب: خوارزميات الكم المتغيرة ، التخفيف من الخطأ ، وتجميع الدوائر ، والمقارنة المعيارية والمحاكاة الكلاسيكية "، علوم الصين الفيزياء والميكانيكا وعلم الفلك 66 5 ، 250302 (2023).

[2] Zhubing Jia ، و Shilin Huang ، و Mingyu Kang ، و Ke Sun ، و Robert F. Spivey ، و Jungsang Kim ، و Kenneth R. Brown ، "بوابات ثنائية الكيوبت ذات زاوية قوية في بلورة أيونية خطية" ، Physical Review A 107 3، 032617 (2023).

[3] غابرييل سينديز ، جوليانو بيننتي ، وماريا بونداني ، "تصحيح الأخطاء المتماسكة عن طريق التشغيل العشوائي على أجهزة الكم الفعلية" ، الانتروبيا 25 2، 324 (2023).

[4] مينغيو كانغ ، يي وانغ ، تشاو فانغ ، بيشن زانغ ، أوميد خوسرافاني ، جونغ سانغ كيم ، وكينيث ر. براون ، "تصميم وظائف الفلتر للنبضات المعدلة بالتردد لبوابتين كوبيت عالية الدقة في سلاسل أيون" ، المراجعة البدنية التطبيقية 19 1 ، 014014 (2023).

[5] أشلين دي بورش ، دانيال س. لوبسير ، كريستوفر جي ييل ، جاي دبليو فان دير وول ، أوليفر جي موبين ، جوشوا د. "دارات التجميع لتقليل التجميع في أجهزة التحكم الكمي" ، أرخايف: 2208.00076, (2022).

الاستشهادات المذكورة أعلاه من إعلانات ساو / ناسا (تم آخر تحديث بنجاح 2023-05-16 13:02:44). قد تكون القائمة غير كاملة نظرًا لأن جميع الناشرين لا يقدمون بيانات اقتباس مناسبة وكاملة.

On خدمة Crossref's cited-by service لم يتم العثور على بيانات حول الاستشهاد بالأعمال (المحاولة الأخيرة 2023-05-16 13:02:43).

نشرت هذه الورقة في الكم تحت نسبة المشاع الإبداعي 4.0 الدولية (CC BY 4.0) رخصة. يظل حقوق الطبع والنشر مع مالكي حقوق الطبع والنشر الأصليين مثل المؤلفين أو مؤسساتهم.

الطابع الزمني:

اكثر من مجلة الكم