Αναλογική κβαντική προσομοίωση με Qubits Transmon Σταθερής Συχνότητας

Αναλογική κβαντική προσομοίωση με Qubits Transmon Σταθερής Συχνότητας

Χρονική σήμανση: 22 Φεβρουαρίου 2024 8:02 π.μ.

Σον Γκρίναγουεϊ1, Άνταμ Σμιθ2,3, Florian Mintert1,4και ο Daniel Malz5,6

1Τμήμα Φυσικής, Εργαστήριο Blackett, Imperial College London, Prince Consort Road, SW7 2BW, Ηνωμένο Βασίλειο
2School of Physics and Astronomy, University of Nottingham, Nottingham, NG7 2RD, UK
3Κέντρο για τα Μαθηματικά και τη Θεωρητική Φυσική των Κβαντικών Συστημάτων Μη Ισορροπίας, Πανεπιστήμιο του Nottingham, Nottingham, NG7 2RD, UK
4Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Bautzner Landstraße 400, 01328 Δρέσδη, Γερμανία
5Max-Planck-Institute of Quantum Optics, Hans-Kopfermann-Str. 1, 85748 Garching, Γερμανία
6Τμήμα Φυσικής, Technische Universität München, James-Franck-Straße 1, 85748 Garching, Γερμανία

Βρείτε αυτό το άρθρο ενδιαφέρουσα ή θέλετε να συζητήσετε; Scite ή αφήστε ένα σχόλιο για το SciRate.

Περίληψη

Αξιολογούμε πειραματικά την καταλληλότητα των qubit transmon με σταθερές συχνότητες και σταθερές αλληλεπιδράσεις για την πραγματοποίηση αναλογικών κβαντικών προσομοιώσεων συστημάτων spin. Δοκιμάζουμε ένα σύνολο απαραίτητων κριτηρίων για αυτόν τον στόχο σε έναν εμπορικό κβαντικό επεξεργαστή χρησιμοποιώντας πλήρη κβαντική τομογραφία διεργασίας και πιο αποτελεσματική τομογραφία Hamiltonian. Σημαντικά σφάλματα ενός qubit σε χαμηλά πλάτη αναγνωρίζονται ως περιοριστικός παράγοντας που εμποδίζει την πραγματοποίηση αναλογικών προσομοιώσεων σε διαθέσιμες επί του παρόντος συσκευές. Επιπλέον, βρίσκουμε ψευδή δυναμική απουσία παλμών μετάδοσης κίνησης, τους οποίους αναγνωρίζουμε με συνεκτική σύζευξη μεταξύ του qubit και ενός περιβάλλοντος χαμηλών διαστάσεων. Με μέτριες βελτιώσεις, μπορεί να είναι δυνατή η αναλογική προσομοίωση μιας πλούσιας οικογένειας χρονοεξαρτώμενων Hamiltonians πολλαπλών σωμάτων.

Αναλογική κβαντική προσομοίωση με σταθερής συχνότητας Transmon Qubits PlatoBlockchain Data Intelligence. Κάθετη αναζήτηση. Ολα συμπεριλαμβάνονται.

► Δεδομένα BibTeX

► Αναφορές

[1] Leonid V. Abdurakhimov, Imran Mahboob, Hiraku Toida, Kosuke Kakuyanagi, Yuichiro Matsuzaki και Shiro Saito. Προσδιορισμός διαφορετικών τύπων ελαττωμάτων υψηλής συχνότητας σε υπεραγώγιμα qubits. PRX Quantum, 3: 040332, Δεκ 2022. 10.1103/​PRXQuantum.3.040332. URL 10.1103/​PRXQuantum.3.040332.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.040332

[2] MD SAJID ANIS, Abby-Mitchell, Héctor Abraham, AduOffei, Rochisha Agarwal, Gabriele Agliardi, Merav Aharoni, Vishnu Ajith, Ismail Yunus Akhalwaya, Gadi Aleksandrowicz, et al. Πειράματα Qiskit, διαθέσιμα στη διεύθυνση github.com/​qiskit/​qiskit-experiments. URL https://github.com/​Qiskit/​qiskit-experiments.git.
https://github.com/​Qiskit/​qiskit-experiments.git

[3] MD SAJID ANIS, Abby-Mitchell, Héctor Abraham, AduOffei, Rochisha Agarwal, Gabriele Agliardi, Merav Aharoni, Vishnu Ajith, Ismail Yunus Akhalwaya, Gadi Aleksandrowicz, et al. Qiskit: Ένα πλαίσιο ανοιχτού κώδικα για κβαντικό υπολογισμό, 2021.

[4] Frank Arute, Kunal Arya, Ryan Babbush, Dave Bacon, Joseph C Bardin, Rami Barends, Rupak Biswas, Sergio Boixo, Fernando GSL Brandao, David A Buell, et al. Κβαντική υπεροχή χρησιμοποιώντας έναν προγραμματιζόμενο υπεραγωγό επεξεργαστή. Nature, 574 (7779): 505–510, 2019. 10.1038 / s41586-019-1666-5.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-019-1666-5

[5] Rami Barends, Alireza Shabani, Lucas Lamata, Julian Kelly, Antonio Mezzacapo, U Las Heras, Ryan Babbush, Austin G Fowler, Brooks Campbell, Yu Chen, κ.ά. Ψηφιοποιημένος αδιαβατικός κβαντικός υπολογισμός με υπεραγώγιμο κύκλωμα. Nature, 534 (7606): 222–226, 2016. 10.1038/​nature17658.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature17658

[6] Alexandre Blais, Steven M Girvin και William D Oliver. Κβαντική επεξεργασία πληροφοριών και κβαντική οπτική με κβαντική ηλεκτροδυναμική κυκλώματος. Nat. Phys., 16 (3): 247–256, 2020. 10.1038/​s41567-020-0806-z.
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41567-020-0806-z

[7] Rainer Blatt και Christian F Roos. Κβαντικές προσομοιώσεις με παγιδευμένα ιόντα. Nat. Phys., 8 (4): 277–284, 2012. 10.1038/​nphys2252.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys2252

[8] Antoine Browaeys και Thierry Lahaye. Φυσική πολλών σωμάτων με ατομικά ελεγχόμενα άτομα Rydberg. Nat. Phys., 16 (2): 132–142, 2020. 10.1038/​s41567-019-0733-z.
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41567-019-0733-z

[9] Jerry M Chow, Antonio D Córcoles, Jay M Gambetta, Chad Rigetti, Blake R Johnson, John A Smolin, Jim R Rozen, George A Keefe, Mary B Rothwell, Mark B Ketchen, κ.ά. Απλή πύλη εμπλοκής αποκλειστικά μικροκυμάτων για υπεραγώγιμα qubits σταθερής συχνότητας. Phys. Rev. Lett., 107 (8): 080502, 2011. 10.1103/​PhysRevLett.107.080502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.107.080502

[10] J Ignacio Cirac και Peter Zoller. Στόχοι και ευκαιρίες στην κβαντική προσομοίωση. Nat. Phys., 8 (4): 264–266, 2012. 10.1038/​nphys2275.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys2275

[11] SE de Graaf, L Faoro, LB Ioffe, S Mahashabde, JJ Burnett, T Lindström, SE Kubatkin, AV Danilov και A Ya Tzalenchuk. Συστήματα δύο επιπέδων σε υπεραγώγιμες κβαντικές συσκευές λόγω παγιδευμένων οιονεί σωματιδίων. Sci. Adv., 6 (51): eabc5055, 2020. 10.1126/​sciadv.abc5055.
https://doi.org/​10.1126/​sciadv.abc5055

[12] David P DiVincenzo. Η φυσική υλοποίηση του κβαντικού υπολογισμού. Fortschr. Phys., 48 (9-11): 771–783, 2000. 10.1002/​1521-3978(200009)48:9/​11<771::AID-PROP771>3.0.CO;2-E.
<a href="https://doi.org/10.1002/1521-3978(200009)48:9/113.0.CO;2-E”>https:/​/​doi.org/​10.1002/​1521-3978(200009)48:9/​11<771::AID-PROP771>3.0.CO;2-E

[13] Yuqian Dong, Yong Li, Wen Zheng, Yu Zhang, Zhuang Ma, Xinsheng Tan και Yang Yu. Μέτρηση της διάχυσης οιονεί σωματιδίων σε υπεραγώγιμο qubit transmon. Appl. Sci., 12 (17): 8461, 2022. 10.3390/​app12178461.
https://doi.org/​10.3390/​app12178461

[14] Manuel Endres, Marc Cheneau, Takeshi Fukuhara, Christof Weitenberg, Peter Schauss, Christian Gross, Leonardo Mazza, Mari Carmen Banuls, L Pollet, Immanuel Bloch, κ.ά. Παρατήρηση συσχετιζόμενων ζευγών σωματιδίων-οπών και σειράς χορδών σε μονωτές Mott χαμηλών διαστάσεων. Science, 334 (6053): 200–203, 2011. 10.1126/​science.1209284.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1209284

[15] Iulia M Georgescu, Sahel Ashhab και Franco Nori. Κβαντική προσομοίωση. Rev. Mod. Phys., 86 (1): 153, 2014. 10.1103/​RevModPhys.86.153.
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.153

[16] Daniel Greif, Thomas Uehlinger, Gregor Jotzu, Leticia Tarruell και Tilman Esslinger. Κβαντικός μαγνητισμός μικρής εμβέλειας υπερψυχρού φερμιονίων σε οπτικό πλέγμα. Science, 340 (6138): 1307–1310, 2013. 10.1126/​science.1236362.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1236362

[17] Markus Greiner, Olaf Mandel, Tilman Esslinger, Theodor W Hänsch και Immanuel Bloch. Μετάβαση κβαντικής φάσης από υπερρευστό σε μονωτή Mott σε αέριο υπερψυχρού ατόμων. Nature, 415 (6867): 39–44, 2002. 10.1038/​415039a.
https: / / doi.org/ 10.1038 / 415039a

[18] Michael J Hartmann. Κβαντική προσομοίωση με αλληλεπιδρώντα φωτόνια. J. Opt., 18 (10): 104005, 2016. 10.1088/​2040-8978/​18/​10/​104005.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​2040-8978/​18/​10/​104005

[19] Michael J Hartmann, Fernando GSL Brandao και Martin B Plenio. Κβαντικά φαινόμενα πολλών σωμάτων σε συζευγμένες συστοιχίες κοιλοτήτων. Laser Photonics Rev., 2 (6): 527–556, 2008. 10.1002/​lpor.200810046.
https: / / doi.org/ 10.1002 / lpor.200810046

[20] Andrew A Houck, Hakan E Türeci και Jens Koch. Κβαντική προσομοίωση σε τσιπ με υπεραγώγιμα κυκλώματα. Nat. Phys., 8 (4): 292–299, 2012. 10.1038/​nphys2251.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys2251

[21] Manik Kapil, Bikash K Behera και Prasanta K Panigrahi. Κβαντική προσομοίωση της εξίσωσης Klein Gordon και παρατήρηση του παραδόξου klein στον κβαντικό υπολογιστή της IBM. arXiv προεκτύπωση arXiv:1807.00521, 2018. 10.48550/​arXiv.1807.00521.
https://doi.org/​10.48550/​arXiv.1807.00521
arXiv: 1807.00521

[22] Daniel Koch, Brett Martin, Saahil Patel, Laura Wessing και Paul M Alsing. Επίδειξη προκλήσεων της εποχής NISQ στον σχεδιασμό αλγορίθμων στον κβαντικό υπολογιστή 20 qubit της IBM. AIP Adv., 10 (9): 095101, 2020. 10.1063/​5.0015526.
https: / / doi.org/ 10.1063 / 5.0015526

[23] Philip Krantz, Morten Kjaergaard, Fei Yan, Terry P Orlando, Simon Gustavsson και William D Oliver. Ένας οδηγός κβαντικού μηχανικού για υπεραγώγιμα qubits. Appl. Phys. Rev., 6 (2): 021318, 2019. 10.1063/​1.5089550.
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.5089550

[24] Ben P Lanyon, Cornelius Hempel, Daniel Nigg, Markus Müller, Rene Gerritsma, F Zähringer, Philipp Schindler, Julio T Barreiro, Markus Rambach, Gerhard Kirchmair, κ.ά. Καθολική ψηφιακή κβαντική προσομοίωση με παγιδευμένα ιόντα. Science, 334 (6052): 57–61, 2011. 10.1126/​science.1208001.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1208001

[25] Zhi Li, Liujun Zou και Timothy H Hsieh. Χαμιλτονική τομογραφία μέσω κβαντικής σβέσης. Phys. Rev. Lett., 124 (16): 160502, 2020. 10.1103/​PhysRevLett.124.160502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.124.160502

[26] Jin Lin, Fu-Tian Liang, Yu Xu, Li-Hua Sun, Cheng Guo, Sheng-Kai Liao και Cheng-Zhi Peng. Κλιμακόμενη και προσαρμόσιμη αυθαίρετη γεννήτρια κυματομορφών για υπεραγώγιμους κβαντικούς υπολογισμούς. AIP Adv., 9 (11): 115309, 2019. 10.1063/​1.5120299.
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.5120299

[27] Jürgen Lisenfeld, Grigorij J Grabovskij, Clemens Müller, Jared H Cole, Georg Weiss και Alexey V Ustinov. Παρατήρηση άμεσα αλληλεπιδρώντων συνεκτικών συστημάτων δύο επιπέδων σε άμορφο υλικό. Nat. Commun., 6 (1): 1–6, 2015. 10.1038/​ncomms7182.
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms7182

[28] Seth Lloyd. Παγκόσμιοι κβαντικοί προσομοιωτές. Science, 273 (5278): 1073–1078, 1996. 10.1126 / science.273.5278.1073.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.273.5278.1073

[29] Ruichao Ma, Clai Owens, Aman LaChapelle, David I Schuster και Jonathan Simon. Χαμιλτονική τομογραφία φωτονικών πλεγμάτων. Phys. Αναθ. A, 95 (6): 062120, 2017. 10.1103/​PhysRevA.95.062120.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.95.062120

[30] Moein Malekakhlagh, Easwar Magesan και David C McKay. Ανάλυση πρώτων αρχών λειτουργίας πύλης διασταυρούμενου συντονισμού. Phys. Αναθ. A, 102 (4): 042605, 2020. 10.1103/​PhysRevA.102.042605.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.102.042605

[31] Daniel Malz και Adam Smith. Τοπολογικό δισδιάστατο πλέγμα Floquet σε ένα μόνο υπεραγώγιμο qubit. Phys. Rev. Lett., 126 (16): 163602, 2021. 10.1103/​PhysRevLett.126.163602.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.163602

[32] Matt McEwen, Lara Faoro, Kunal Arya, Andrew Dunsworth, Trent Huang, Seon Kim, Brian Burkett, Austin Fowler, Frank Arute, Joseph C Bardin, κ.ά. Επίλυση καταστροφικών εκρήξεων σφάλματος από κοσμικές ακτίνες σε μεγάλες σειρές υπεραγώγιμων qubits. Nat. Phys., 18 (1): 107–111, 2022. 10.1038/​s41567-021-01432-8.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41567-021-01432-8

[33] M Müller, Klemens Hammerer, YL Zhou, Christian F Roos και P Zoller. Προσομοίωση ανοιχτών κβαντικών συστημάτων: Από αλληλεπιδράσεις πολλών σωμάτων έως άντληση σταθεροποιητή. New Journal of Physics, 13 (8): 085007, 2011. 10.1088/​1367-2630/​13/​8/​085007.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​13/​8/​085007

[34] Nicola Pancotti, Giacomo Giudice, J Ignacio Cirac, Juan P Garrahan και Mari Carmen Banuls. Μοντέλο Quantum East: Εντοπισμός, μη θερμικές ιδιοκαταστάσεις και αργή δυναμική. Phys. Αναθ. X, 10 (2): 021051, 2020. 10.1103/​PhysRevX.10.021051.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.10.021051

[35] Xinhua Peng, Jiangfeng Du και Dieter Suter. Μετάβαση κβαντικής φάσης εμπλοκής θεμελιώδους κατάστασης σε αλυσίδα περιστροφής heisenberg προσομοιωμένη σε κβαντικό υπολογιστή NMR. Phys. Rev. A, 71 (1): 012307, 2005. 10.1103/​PhysRevA.71.012307.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.71.012307

[36] Τζον Πρεσκίλ. Η κβαντική πληροφορική στην εποχή NISQ και πέραν αυτής. Quantum, 2: 79, 2018. 10.22331 / q-2018-08-06-79.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2018-08-06-79

[37] Chad Rigetti και Michel Devoret. Πλήρως ρυθμιζόμενες με μικροκύματα γενικές πύλες σε υπεραγώγιμα qubits με γραμμικούς συνδέσμους και σταθερές συχνότητες μετάβασης. Phys. Rev. B, 81 (13): 134507, 2010. 10.1103/​PhysRevB.81.134507.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.81.134507

[38] Pedram Roushan, Charles Neill, J Tangpanitanon, Victor M Bastidas, A Megrant, Rami Barends, Yu Chen, Z Chen, B Chiaro, A Dunsworth, κ.ά. Φασματοσκοπικές υπογραφές εντοπισμού με αλληλεπιδρώντα φωτόνια σε υπεραγώγιμα qubits. Science, 358 (6367): 1175–1179, 2017. 10.1126/​science.aao1401.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.aao1401

[39] Sarah Sheldon, Easwar Magesan, Jerry M Chow και Jay M Gambetta. Διαδικασία για συστηματικό συντονισμό της διασταυρούμενης ομιλίας στην πύλη εγκάρσιας συντονισμού. Phys. Rev. A, 93 (6): 060302(R), 2016. 10.1103/​PhysRevA.93.060302.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.93.060302

[40] Adam Smith, MS Kim, Frank Pollmann και Johannes Knolle. Προσομοίωση κβαντικής δυναμικής πολλών σωμάτων σε έναν τρέχοντα ψηφιακό κβαντικό υπολογιστή. npj Quantum Inf., 5 (1): 1–13, 2019. 10.1038/​s41534-019-0217-0.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-019-0217-0

[41] Vinay Tripathi, Mostafa Khezri και Alexander N Korotkov. Λειτουργία και προϋπολογισμός εγγενούς σφάλματος μιας πύλης διασταυρούμενου συντονισμού δύο qubit. Phys. Αναθ. A, 100 (1): 012301, 2019. 10.1103/​PhysRevA.100.012301.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.012301

[42] Hale F Trotter. Στο προϊόν ημι-ομάδων χειριστών. Proceedings of the American Mathematical Society, 10 (4): 545–551, 1959. 10.2307/​2033649.
https: / / doi.org/ 10.2307 / 2033649

[43] Joseph Vovrosh και Johannes Knolle. Δυναμική περιορισμού και εμπλοκής σε ψηφιακό κβαντικό υπολογιστή. Sci. Rep., 11 (1): 1–8, 2021. 10.1038/​s41598-021-90849-5.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41598-021-90849-5

[44] Joseph Vovrosh, Kiran E Khosla, Sean Greenaway, Christopher Self, Myungshik S Kim και Johannes Knolle. Απλός μετριασμός των παγκόσμιων σφαλμάτων αποπόλωσης σε κβαντικές προσομοιώσεις. Phys. Rev. E, 104 (3): 035309, 2021. 10.1103/​PhysRevE.104.035309.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.104.035309

[45] Sheng-Tao Wang, Dong-Ling Deng και Lu-Ming Duan. Χαμιλτονική τομογραφία για κβαντικά πολυσωματικά συστήματα με αυθαίρετες ζεύξεις. New J. Phys., 17 (9): 093017, 2015. 10.1088/​1367-2630/​17/​​9/​093017.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​17/​9/​093017

[46] Samuel A Wilkinson και Michael J Hartmann. Υπεραγώγιμα κβαντικά κυκλώματα πολλών σωμάτων για κβαντική προσομοίωση και υπολογισμό. Appl. Phys. Lett., 116 (23): 230501, 2020. 10.1063/​5.0008202.
https: / / doi.org/ 10.1063 / 5.0008202

[47] Xinyuan You, Ziwen Huang, Ugur Alyanak, Alexander Romanenko, Anna Grassellino και Shaojiang Zhu. Σταθεροποίηση και βελτίωση της συνοχής Qubit με μηχανική μηχανική του φάσματος θορύβου συστημάτων δύο επιπέδων. Phys. Rev. Applied, 18 (4): 044026, 2022. 10.1103/​PhysRevApplied.18.044026.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.18.044026

[48] Qingling Zhu, Zheng-Hang Sun, Ming Gong, Fusheng Chen, Yu-Ran Zhang, Yulin Wu, Yangsen Ye, Chen Zha, Shaowei Li, Shaojun Guo, et al. Παρατήρηση θερμικοποίησης και κρυπτογράφησης πληροφοριών σε υπεραγώγιμο κβαντικό επεξεργαστή. Phys. Rev. Lett., 128 (16): 160502, 2022. 10.1103/​PhysRevLett.128.160502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.160502

Αναφέρεται από

[1] Naoki Kanazawa, Daniel Egger, Yael Ben-Haim, Helena Zhang, William Shanks, Gadi Aleksandrowicz και Christopher Wood, «Qiskit Experiments: A Python πακέτο για τον χαρακτηρισμό και τη βαθμονόμηση κβαντικών υπολογιστών». The Journal of Open Source Software 8 84, 5329 (2023).

[2] Yuxiang Peng, Jacob Young, Pengyu Liu και Xiaodi Wu, «SimuQ: A Framework for Programming Quantum Hamiltonian Simulation with Analog Compilation». arXiv: 2303.02775, (2023).

Οι παραπάνω αναφορές είναι από SAO / NASA ADS (τελευταία ενημέρωση επιτυχώς 2024-02-22 13:05:17). Η λίστα μπορεί να είναι ελλιπής, καθώς δεν παρέχουν όλοι οι εκδότες τα κατάλληλα και πλήρη στοιχεία αναφοράς.

Δεν ήταν δυνατή η λήψη Crossref αναφερόμενα δεδομένα κατά την τελευταία προσπάθεια 2024-02-22 13:05:15: Δεν ήταν δυνατή η λήψη των αναφερόμενων δεδομένων για το 10.22331 / q-2024-02-22-1263 από την Crossref. Αυτό είναι φυσιολογικό αν το DOI καταχωρήθηκε πρόσφατα.

Αυτό το Βιβλίο δημοσιεύεται στο Quantum στο πλαίσιο του Creative Commons Attribution 4.0 Διεθνής (CC BY 4.0) άδεια. Τα πνευματικά δικαιώματα παραμένουν στους κατόχους των πρωτότυπων δικαιωμάτων πνευματικής ιδιοκτησίας όπως οι δημιουργοί ή τα ιδρύματά τους

Σφραγίδα ώρας:

Περισσότερα από Quantum Journal