Capacidad cuántica y códigos para el canal bosónico de desfase de pérdidas PlatoBlockchain Data Intelligence. Búsqueda vertical. Ai.

Capacidad cuántica y códigos para el canal de desfase de pérdida bosónica

pedro leivante1, Qian Xu2, Liang Jiang2y Serge Rosenblum1

1Departamento de Física de la Materia Condensada, Instituto de Ciencias Weizmann, Rehovot 76100, Israel
2Escuela Pritzker de Ingeniería Molecular, Universidad de Chicago, Chicago, Illinois 60637, EE. UU.

¿Encuentra este documento interesante o quiere discutirlo? Scite o deje un comentario en SciRate.

Resumen

Los qubits bosónicos codificados en sistemas de variables continuas ofrecen una alternativa prometedora a los qubits de dos niveles para la computación y la comunicación cuánticas. Hasta ahora, la pérdida de fotones ha sido la principal fuente de errores en los qubits bosónicos, pero la reducción significativa de la pérdida de fotones en los experimentos recientes de qubits bosónicos sugiere que también se deben considerar los errores de desfase. Sin embargo, falta una comprensión detallada del canal combinado de pérdida de fotones y desfase. Aquí, mostramos que, a diferencia de sus partes constituyentes, el canal combinado de pérdida y desfase no es degradable, lo que apunta hacia una estructura más rica de este canal. Proporcionamos límites para la capacidad del canal de desfase de pérdida y utilizamos la optimización numérica para encontrar códigos monomodo óptimos para una amplia gama de tasas de error.

En este documento, arrojamos luz sobre las propiedades de los qubits bosónicos (fotónicos) que experimentan errores de pérdida de fotones y errores de desfase. Este escenario es especialmente relevante en los sistemas cuánticos actuales, donde la pérdida y el desfase a menudo ocurren simultáneamente y requieren una corrección activa de errores. Mostramos que la estructura del canal de error combinado es mucho más compleja que sus partes constituyentes. No obstante, podemos proporcionar límites sobre qué tan bien se puede almacenar la información en presencia de errores de pérdida y desfase. Luego usamos métodos de optimización numérica para encontrar códigos de corrección de errores óptimos. Un hallazgo clave es que los qubits bosónicos codificados tienen un número de fotones medio óptimo para una amplia gama de tasas de error de pérdida y desfase. Esto está en marcado contraste con los errores de pérdida pura o de desfase puro, en los que más fotones siempre conducen a un mejor rendimiento del código.

► datos BibTeX

► referencias

[ 1 ] Peter W. Shor "Esquema para reducir la decoherencia en la memoria de la computadora cuántica" Physical Review A 52, R2493 (1995).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.52.R2493

[ 2 ] Mark M. Wilde “Teoría de la información cuántica” Cambridge University Press (2013).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9781139525343
https:/​/​www.cambridge.org/​core/​books/​quantum-information-theory/​9DC2CA59F45636D4F0F30D971B677623

[ 3 ] Seth Lloyd "Capacidad del canal cuántico ruidoso" Revisión física A 55, 1613 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.55.1613

[ 4 ] Nissim Ofek, Andrei Petrenko, Reinier Heeres, Philip Reinhold, Zaki Leghtas, Brian Vlastakis, Yehan Liu, Luigi Frunzio, SM Girvin, L. Jiang, Mazyar Mirrahimi, MH Devoret y RJ Schoelkopf, “Extender la vida útil de un bit cuántico con corrección de errores en circuitos superconductores” Nature 536, 441–445 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature18949
https: / / www.nature.com/ articles / nature18949

[ 5 ] Victor V. Albert, Kyungjoo Noh, Kasper Duivenvoorden, Dylan J. Young, RT Brierley, Philip Reinhold, Christophe Vuillot, Linshu Li, Chao Shen, SM Girvin, Barbara M. Terhal y Liang Jiang, “Performance and structure of single- códigos bosónicos de modo” Revisión física A 97, 032346 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.032346

[ 6 ] Kyungjoo Nohand Christopher Chamberland "Corrección de error cuántico bosónico tolerante a fallas con el código de superficie-Gottesman-Kitaev-Preskill" Physical Review A 101, 012316 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.101.012316

[ 7 ] Tesis de Kyungjoo Noh “Computación cuántica y comunicación en sistemas bosónicos” (2020).

[ 8 ] Daniel Gottesman, Alexei Kitaev y John Preskill, "Codificación de un qubit en un oscilador" Physical Review A 64, 012310 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.64.012310

[ 9 ] P. Campagne-Ibarcq, A. Eickbusch, S. Touzard, E. Zalys-Geller, NE Frattini, VV Sivak, P. Reinhold, S. Puri, S. Shankar, RJ Schoelkopf, L. Frunzio, M. Mirrahimi y MH Devoret, "Corrección de errores cuánticos de un qubit codificado en estados de cuadrícula de un oscilador" Nature 584, 368–372 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-020-2603-3

[ 10 ] A. Romanenko, R. Pilipenko, S. Zorzetti, D. Frolov, M. Awida, S. Belomestnykh, S. Posen y A. Grassellino, “Resonadores superconductores tridimensionales a T <20 mK con vidas de fotones de hasta $tau $=2 s'' Revisión física aplicada 13, 34032 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.13.034032

[ 11 ] Matthew Reagor, Wolfgang Pfaff, Christopher Axline, Reinier W. Heeres, Nissim Ofek, Katrina Sliwa, Eric Holland, Chen Wang, Jacob Blumoff, Kevin Chou, Michael J. Hatridge, Luigi Frunzio, Michel H. Devoret, Liang Jiang y Robert J. Schoelkopf, "Memoria cuántica con coherencia de milisegundos en el circuito QED" Revisión física B 94, 014506 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.94.014506

[ 12 ] S. Rosenblum, P. Reinhold, M. Mirrahimi, Liang Jiang, L. Frunzio y RJ Schoelkopf, "Detección tolerante a fallas de un error cuántico" Science 361, 266–270 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.1126/​science.aat3996
http://​/​ciencia.sciencemag.org/​

[ 13 ] AP Sears, A. Petrenko, G. Catelani, L. Sun, Hanhee Paik, G. Kirchmair, L. Frunzio, LI Glazman, SM Girvin y RJ Schoelkopf, “Desfase del ruido de disparo de fotones en el límite dispersivo fuerte del circuito QED Revisión Física B 86, 180504 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.86.180504

[ 14 ] Arne L. Grimsmo, Joshua Combes y Ben Q. Baragiola, "Computación cuántica con códigos bosónicos simétricos de rotación" Physical Review X 10, 011058 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.10.011058

[ 15 ] Yingkai Ouyang y Earl T. Campbell "Compensaciones en la resiliencia de cambio de número y fase en códigos cuánticos bosónicos" IEEE Transactions on Information Theory 67, 6644–6652 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2021.3102873

[ 16 ] Felix Leditzky, Debbie Leung y Graeme Smith, "Canal de defraseo y superaditividad de información coherente" Physical Review Letters 121, 160501 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.1103/​PHYSREVLETT.121.160501
https: / / journals.aps.org/ prl / abstract / 10.1103 / PhysRevLett.121.160501

[ 17 ] Robert L. Kosut y Daniel A. Lidar “Corrección de errores cuánticos mediante optimización convexa” Quantum Information Processing 8, 443–459 (2009).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​S11128-009-0120-2
https:/​/​link.springer.com/​article/​10.1007/​s11128-009-0120-2

[ 18 ] Kyungjoo Noh, Victor V. Albert y Liang Jiang, "Límites de capacidad cuántica de los canales de pérdida térmica gaussiana y tasas alcanzables con códigos Gottesman-Kitaev-Preskill" IEEE Transactions on Information Theory 65, 2563–2582 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2018.2873764

[ 19 ] Marios H. Michael, Matti Silveri, RT Brierley, Victor V. Albert, Juha Salmilehto, Liang Jiang y SM Girvin, "Nueva clase de códigos de corrección de errores cuánticos para un modo bosónico" Physical Review X 6, 031006 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.6.031006

[ 20 ] Mazyar Mirrahimi, Zaki Leghtas, Victor V. Albert, Steven Touzard, Robert J. Schoelkopf, Liang Jiang y Michel H. Devoret, "Cat-qubits protegidos dinámicamente: un nuevo paradigma para la computación cuántica universal" New Journal of Physics 16, 045014 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​16/​4/​045014

[ 21 ] Amir Arqand, Laleh Memarzadeh y Stefano Mancini, "Capacidad cuántica de un canal de desfase bosónico" Physical Review A 102, 42413 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.102.042413

[ 22 ] Andreas Winter “Norma de diamante con restricciones de energía con aplicaciones a la continuidad uniforme de capacidades de canales variables continuas” arXiv:1712.10267 [quant-ph] (2017).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1712.10267

[ 23 ] Michael M. Wolf, David Pérez-García y Geza Giedke, “Capacidades cuánticas de canales bosónicos” Physical Review Letters 98, 130501 (2007).
https:/​/​doi.org/​10.1103/​PHYSREVLETT.98.130501
https: / / journals.aps.org/ prl / abstract / 10.1103 / PhysRevLett.98.130501

[ 24 ] Christian Weedbrook, Stefano Pirandola, Raúl García-Patrón, Nicolas J. Cerf, Timothy C. Ralph, Jeffrey H. Shapiro y Seth Lloyd, “Información cuántica gaussiana” Reviews of Modern Physics 84, 621–669 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.84.621

[ 25 ] Mark M. Wilde y Haoyu Qi "Capacidades cuánticas y privadas con restricciones de energía de los canales cuánticos" IEEE Transactions on Information Theory 64, 7802–7827 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2018.2854766

[ 26 ] Ludovico Lamiand Mark M. Wilde “Solución exacta para las capacidades cuánticas y privadas de los canales de desfase bosónico” arXiv:2205.05736 [quant-ph] (2022).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arxiv.2205.05736
https://​/​arxiv.org/​abs/​2205.05736v1

[ 27 ] Vikesh Siddhu y Robert B. Griffiths "Positividad y no aditividad de las capacidades cuánticas utilizando canales de borrado generalizados" IEEE Transactions on Information Theory 67, 4533–4545 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2021.3080819

[ 28 ] Atharv Joshi, Kyungjoo Noh e Yvonne Y Gao, "Procesamiento de información cuántica con qubits bosónicos en el circuito QED" Quantum Science and Technology 6, 033001 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​2058-9565/​ABE989
https:/​/​iopscience.iop.org/​article/​10.1088/​2058-9565/​abe989%20https:/​/​iopscience.iop.org/​article/​10.1088/​2058-9565/​abe989/​meta

[ 29 ] David S. Schlegel, Fabrizio Minganti y Vincenzo Savona, "Corrección de errores cuánticos usando estados de gato de Schrödinger exprimidos" arXiv: 2201.02570 [quant-ph] (2022).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.2201.02570
https://​/​arxiv.org/​abs/​2201.02570v1

[ 30 ] A. Grimm, NE Frattini, S. Puri, SO Mundhada, S. Touzard, M. Mirrahimi, SM Girvin, S. Shankar y MH Devoret, “Estabilización y operación de un qubit Kerr-cat” Nature 584, 205–209 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41586-020-2587-z
https: / / www.nature.com/ articles / s41586-020-2587-z

[ 31 ] C. Berdou, A. Murani, U. Reglade, WC Smith, M. Villiers, J. Palomo, M. Rosticher, A. Denis, P. Morfin, M. Delbecq, T. Kontos, N. Pankratova, F. Rautschke , T. Peronnin, L. -A. Sellem, P. Rouchon, A. Sarlette, M. Mirrahimi, P. Campagne-Ibarcq, S. Jezouin, R. Lescanne y Z. Leghtas, “Tiempo de cambio de bits de cien segundos en un oscilador disipativo de dos fotones” arXiv :2204.09128 [cuant.-ph] (2022).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arxiv.2204.09128
https://​/​arxiv.org/​abs/​2204.09128v1

[ 32 ] Raphaël Lescanne, Marius Villiers, Théau Peronnin, Alain Sarlette, Matthieu Delbecq, Benjamin Huard, Takis Kontos, Mazyar Mirrahimi y Zaki Leghtas, "Supresión exponencial de cambios de bit en un qubit codificado en un oscilador" Nature Physics 16, 509–513 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41567-020-0824-x

[ 33 ] Linshu Li, Dylan J. Young, Victor V. Albert, Kyungjoo Noh, Chang Ling Zou y Liang Jiang, "Códigos cuánticos bosónicos diseñados en fase" Physical Review A 103, 062427 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.103.062427

[ 34 ] Igor Devetakand Andreas Winter "Destilación de clave secreta y entrelazamiento de estados cuánticos" Actas de la Royal Society A: Ciencias Matemáticas, Físicas y de Ingeniería 461, 207–235 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1098 / rspa.2004.1372

[ 35 ] Johannes Bauschand Felix Leditzky "Códigos cuánticos de redes neuronales" New Journal of Physics 22, 023005 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​ab6cdd

Citado por

[1] Ludovico Lami y Mark M. Wilde, “Solución exacta para las capacidades cuánticas y privadas de los canales de desfase bosónico”, arXiv: 2205.05736.

Las citas anteriores son de ANUNCIOS SAO / NASA (última actualización exitosa 2022-09-29 12:24:49). La lista puede estar incompleta ya que no todos los editores proporcionan datos de citas adecuados y completos.

No se pudo recuperar Crossref citado por datos durante el último intento 2022-09-29 12:24:47: No se pudieron obtener los datos citados por 10.22331 / q-2022-09-29-821 de Crossref. Esto es normal si el DOI se registró recientemente.

Sello de tiempo:

Mas de Diario cuántico