Caracterización y mitigación de errores coherentes en un procesador cuántico de iones atrapados utilizando inversas ocultas

Caracterización y mitigación de errores coherentes en un procesador cuántico de iones atrapados utilizando inversas ocultas

Marca de tiempo: 15 de mayo de 2023 8:55 a.m.

Majumder profundo del swarna1,2, Christopher G.Yale3, Tito D. Morris4, Daniel S. Langosta3, Ashlyn D. Burch3, Mateo NH Chow3,5,6, Melissa C. Revelle3, Susan M Clark3y Raphael C. Pooser4

1Duke Quantum Center, Universidad de Duke, Durham, NC 27701, EE. UU.
2Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática, Universidad de Duke, Durham, NC 27708 EE. UU.
3Laboratorios Nacionales Sandia, Albuquerque, NM 87123, EE. UU.
4Sección de Ciencias de la Información Cuántica, Laboratorio Nacional de Oak Ridge, Oak Ridge, TN 37831, EE. UU.
5Departamento de Física y Astronomía, Universidad de Nuevo México, Albuquerque, NM 87131, EE. UU.
6Centro de Información y Control Cuántico, Universidad de Nuevo México, Albuquerque, NM 87131, EE. UU.

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Resumen

Los bancos de pruebas de computación cuántica exhiben un control cuántico de alta fidelidad sobre pequeñas colecciones de qubits, lo que permite realizar operaciones precisas y repetibles seguidas de mediciones. Actualmente, estos ruidosos dispositivos de escala intermedia pueden admitir una cantidad suficiente de operaciones secuenciales antes de la decoherencia, de modo que los algoritmos a corto plazo se pueden realizar con precisión aproximada (como la precisión química para problemas de química cuántica). Si bien los resultados de estos algoritmos son imperfectos, estas imperfecciones pueden ayudar a impulsar el desarrollo del banco de pruebas de la computadora cuántica. Las demostraciones de estos algoritmos en los últimos años, junto con la idea de que el rendimiento imperfecto del algoritmo puede ser causado por varias fuentes de ruido dominantes en el procesador cuántico, que se pueden medir y calibrar durante la ejecución del algoritmo o en el posprocesamiento, ha llevado a la uso de mitigación de ruido para mejorar los resultados computacionales típicos. Por el contrario, los algoritmos de referencia junto con la mitigación del ruido pueden ayudar a diagnosticar la naturaleza del ruido, ya sea sistemático o puramente aleatorio. Aquí, describimos el uso de técnicas coherentes de mitigación de ruido como herramienta de caracterización en bancos de pruebas de iones atrapados. Realizamos el ajuste del modelo de los datos ruidosos para determinar la fuente del ruido en función de modelos de ruido realistas centrados en la física y demostramos que la amplificación sistemática del ruido junto con esquemas de mitigación de errores proporciona datos útiles para la deducción del modelo de ruido. Además, para conectar los detalles del modelo de ruido de nivel inferior con el rendimiento específico de la aplicación de los algoritmos a corto plazo, construimos experimentalmente el panorama de pérdida de un algoritmo variacional bajo varias fuentes de ruido inyectado junto con técnicas de mitigación de errores. Este tipo de conexión permite el codiseño de hardware consciente de la aplicación, en el que las fuentes de ruido más importantes en aplicaciones específicas, como la química cuántica, se convierten en focos de mejora en las generaciones de hardware posteriores.

Characterizing and mitigating coherent errors in a trapped ion quantum processor using hidden inverses PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertical Search. Ai.

Imagen destacada: Población del espacio de fases (probabilidad de medir $|0rangle$) después de aplicar [$H- X(Theta)- Z(Phi)- H^dagger$]$^{100}$ en $|0rangle$ como una función de $Theta, Phi$ para simulación y experimentación. Los protocolos inversos ocultos pueden ofrecer una caracterización precisa y económica de un solo qubit.

Resumen popular

Las computadoras cuánticas de la era NISQ son, por definición, ruidosas e imperfectas, y requieren métodos de mitigación de errores para mejorar el rendimiento del circuito. En este artículo, demostramos que una técnica conocida como inversos ocultos puede actuar tanto como un método para la mitigación de errores como para la caracterización de errores. Los inversos ocultos se basan en la capacidad de construir circuitos con puertas compuestas no nativas que son autoadjuntas (como Hadamard o NO controladas), lo que significa que se pueden construir a través de una serie de puertas nativas de hardware o esas mismas puertas nativas invertidas. en orden de señal y tiempo. Usando una computadora cuántica de iones atrapados, primero demostramos un experimento en el que el Hadamard y su inverso se alternan con pequeñas rotaciones de error insertadas. Al ajustar los resultados a un modelo simple, podemos caracterizar errores coherentes en el sistema y ver cómo esos errores se desplazan con el tiempo. Luego usamos un NO-controlado y su inversa dentro de un autoresolver cuántico de variación. A través de la inyección intencional de errores, mostramos que los circuitos construidos a través de protocolos inversos ocultos superan a otra técnica de mitigación de errores, la compilación aleatoria. Examinamos más a fondo la mitigación de errores en este sistema a través de la purificación matricial de densidad fermiónica, una metodología de procesamiento posterior. A través de este examen, encontramos que usar la misma técnica, es decir, inversas ocultas, tanto para caracterizar las fuentes de error en el hardware como para luego mitigarlas mediante el mismo enfoque, es una herramienta poderosa para las computadoras cuánticas de la era NISQ.

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Citado por

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[2] Zhubing Jia, Shilin Huang, Mingyu Kang, Ke Sun, Robert F. Spivey, Jungsang Kim y Kenneth R. Brown, “Puertas de dos qubits resistentes al ángulo en un cristal iónico lineal”, Revisión física A 107 3, 032617 (2023).

[3] Gabriele Cenedese, Giuliano Benenti y Maria Bondani, “Corrección de errores coherentes mediante operaciones aleatorias en hardware cuántico real”, Entropía 25 2, 324 (2023).

[4] Mingyu Kang, Ye Wang, Chao Fang, Bichen Zhang, Omid Khosravani, Jungsang Kim y Kenneth R. Brown, "Diseño de funciones de filtro de pulsos modulados en frecuencia para puertas de dos qubits de alta fidelidad en cadenas iónicas", Revisión física aplicada 19 1, 014014 (2023).

[5] Ashlyn D. Burch, Daniel S. Lobser, Christopher G. Yale, Jay W. Van Der Wall, Oliver G. Maupin, Joshua D. Goldberg, Matthew NH Chow, Melissa C. Revelle y Susan M. Clark, "Circuitos de procesamiento por lotes para reducir la compilación en hardware de control cuántico", arXiv: 2208.00076, (2022).

Las citas anteriores son de ANUNCIOS SAO / NASA (última actualización exitosa 2023-05-16 13:02:44). La lista puede estar incompleta ya que no todos los editores proporcionan datos de citas adecuados y completos.

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