Analoginen kvanttisimulaatio kiinteätaajuisilla transmon-kubiteilla

Analoginen kvanttisimulaatio kiinteätaajuisilla transmon-kubiteilla

Aikaleima: 22. helmikuuta 2024 8

Sean Greenaway1, Adam Smith2,3, Florian Mintert1,4ja Daniel Malz5,6

1Fysiikan laitos, Blackett Laboratory, Imperial College London, Prince Consort Road, SW7 2BW, Iso-Britannia
2Fysiikan ja tähtitieteen laitos, Nottinghamin yliopisto, Nottingham, NG7 2RD, Iso-Britannia
3Kvanttiepätasapainojärjestelmien matematiikan ja teoreettisen fysiikan keskus, Nottinghamin yliopisto, Nottingham, NG7 2RD, UK
4Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Bautzner Landstraße 400, 01328 Dresden, Saksa
5Max-Planck-Institute of Quantum Optics, Hans-Kopfermann-Str. 1, 85748 Garching, Saksa
6Fysiikan laitos, Technische Universität München, James-Franck-Straße 1, 85748 Garching, Saksa

Onko tämä artikkeli mielenkiintoinen vai haluatko keskustella? Scite tai jätä kommentti SciRate.

Abstrakti

Arvioimme kokeellisesti kiinteiden taajuuksien ja kiinteän vuorovaikutuksen omaavien transmonkubittien soveltuvuutta spin-järjestelmien analogisten kvanttisimulaatioiden toteuttamiseen. Testaamme tämän tavoitteen saavuttamiseksi tarvittavia kriteerejä kaupallisella kvanttiprosessorilla käyttämällä täydellistä kvanttiprosessitomografiaa ja tehokkaampaa Hamiltonin tomografiaa. Merkittävät yksittäiset kubittivirheet matalilla amplitudeilla tunnistetaan rajoittavaksi tekijäksi, joka estää analogisten simulaatioiden toteuttamisen tällä hetkellä saatavilla olevilla laitteilla. Lisäksi löydämme harhaanjohtavaa dynamiikkaa ohjauspulssien puuttuessa, minkä tunnistamme koherentilla kytkennällä kubitin ja matalaulotteisen ympäristön välillä. Kohtuullisilla parannuksilla analoginen simulointi ajasta riippuvaisten monikappaleisten spin Hamiltonien rikkaasta perheestä saattaa olla mahdollista.

Analoginen kvanttisimulaatio kiinteätaajuisella Transmon Qubits PlatoBlockchain Data Intelligencellä. Pystysuuntainen haku. Ai.

► BibTeX-tiedot

► Viitteet

[1] Leonid V. Abdurakhimov, Imran Mahboob, Hiraku Toida, Kosuke Kakuyanagi, Yuichiro Matsuzaki ja Shiro Saito. Suprajohtavien kubittien erityyppisten suurtaajuisten vikojen tunnistaminen. PRX Quantum, 3: 040332, joulukuu 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 ai. Qiskit-kokeet, saatavilla osoitteessa github.com/​qiskit/​qiskit-experiments. URL-osoite 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 ai. Qiskit: Avoimen lähdekoodin kehys kvanttilaskentaan, 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 ai. Kvanttivalta ohjelmoitavan suprajohtavan prosessorin avulla. 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 jne. Digitalisoitu adiabaattinen kvanttilaskenta suprajohtavalla piirillä. Nature, 534 (7606): 222–226, 2016. 10.1038/nature17658.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature17658

[6] Alexandre Blais, Steven M Girvin ja William D Oliver. Kvanttitiedon käsittely ja kvanttioptiikka piirien kvanttielektrodynamiikalla. 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 ja Christian F Roos. Kvanttisimulaatiot loukkuun jääneiden ionien kanssa. Nat. Phys., 8 (4): 277–284, 2012. 10.1038/​nphys2252.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys2252

[8] Antoine Browaeys ja Thierry Lahaye. Monen kehon fysiikka yksilöllisesti ohjatuilla Rydberg-atomeilla. 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 jne. Yksinkertainen mikroaaltokäyttöinen kietoportti kiinteätaajuisille suprajohtaville kubiteille. Phys. Rev. Lett., 107 (8): 080502, 2011. 10.1103/​PhysRevLett.107.080502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.107.080502

[10] J Ignacio Cirac ja Peter Zoller. Kvanttisimuloinnin tavoitteet ja mahdollisuudet. 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 ja A Ya Tzalenchuk. Kaksitasoiset järjestelmät suprajohtavissa kvanttilaitteissa loukkuun jääneiden kvasihiukkasten vuoksi. Sci. Adv., 6 (51): eabc5055, 2020. 10.1126/​sciadv.abc5055.
https://​/​doi.org/​10.1126/​sciadv.abc5055

[12] David P DiVincenzo. Kvanttilaskennan fyysinen toteutus. 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 ja Yang Yu. Kvasihiukkasten diffuusion mittaus suprajohtavassa transmon-kubitissa. Appl. Sei., 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 jne. Korreloitujen hiukkas-reikä-parien ja merkkijonojärjestyksen havainnointi pieniulotteisissa Mott-eristeissä. Science, 334 (6053): 200–203, 2011. 10.1126/​science.1209284.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1209284

[15] Iulia M Georgescu, Sahel Ashhab ja Franco Nori. Kvanttisimulaatio. 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 ja Tilman Esslinger. Ultrakylmien fermionien lyhyen kantaman kvanttimagnetismi optisessa hilassa. 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 ja Immanuel Bloch. Kvanttifaasisiirtymä supernesteestä Mott-eristimeen ultrakylmien atomien kaasussa. Nature, 415 (6867): 39–44, 2002. 10.1038/​415039a.
https: / / doi.org/ 10.1038 / 415039a

[18] Michael J Hartmann. Kvanttisimulaatio vuorovaikutuksessa olevilla fotoneilla. 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 ja Martin B Plenio. Kvanttimonen kappaleen ilmiöt kytketyissä onteloryhmissä. 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 ja Jens Koch. Chip-kvanttisimulaatio suprajohtavilla piireillä. Nat. Phys., 8 (4): 292–299, 2012. 10.1038/​nphys2251.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys2251

[21] Manik Kapil, Bikash K Behera ja Prasanta K Panigrahi. Klein Gordon -yhtälön kvanttisimulaatio ja Klein-paradoksin havainnointi IBM:n kvanttitietokoneessa. arXiv preprint 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 ja Paul M Alsing. NISQ-aikakauden haasteiden osoittaminen algoritmien suunnittelussa IBM:n 20 kubitin kvanttitietokoneessa. 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 ja William D Oliver. Kvanttiinsinöörin opas suprajohtaviin kubiteihin. 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 jne. Universaali digitaalinen kvanttisimulaatio loukkuun jääneillä ioneilla. Science, 334 (6052): 57–61, 2011. 10.1126/​science.1208001.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1208001

[25] Zhi Li, Liujun Zou ja Timothy H Hsieh. Hamiltonin tomografia kvanttivaimennuksella. 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 ja Cheng-Zhi Peng. Skaalautuva ja mukautettava mielivaltainen aaltomuotogeneraattori suprajohtavaan kvanttilaskentaan. 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 ja Alexey V Ustinov. Suoraan vuorovaikutuksessa olevien koherenttien kaksitasoisten järjestelmien havainnointi amorfisessa materiaalissa. Nat. Commun., 6 (1): 1–6, 2015. 10.1038/​ncomms7182.
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms7182

[28] Seth Lloyd. Universaalit kvanttisimulaattorit. 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 ja Jonathan Simon. Fotonihilan Hamiltonin tomografia. Phys. Rev. A, 95 (6): 062120, 2017. 10.1103/​PhysRevA.95.062120.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.95.062120

[30] Moein Malekakhlagh, Eastwar Magesan ja David C McKay. Ristiresonanssiportin toiminnan ensimmäisen periaatteen analyysi. Phys. Rev. A, 102 (4): 042605, 2020. 10.1103/​PhysRevA.102.042605.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.102.042605

[31] Daniel Malz ja Adam Smith. Topologinen kaksiulotteinen Floquet-hila yhdellä suprajohtavalla kubitilla. 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 jne. Katastrofisten virhepurskeiden ratkaiseminen kosmisista säteistä suurissa suprajohtavien kubittien ryhmissä. 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 ja P Zoller. Avointen kvanttijärjestelmien simulointi: Monen kehon vuorovaikutuksista stabilointiaineen pumppaamiseen. 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 ja Mari Carmen Banuls. Quantum East -malli: Lokalisointi, ei-termiset ominaistilat ja hidas dynamiikka. Phys. Rev. X, 10 (2): 021051, 2020. 10.1103/​PhysRevX.10.021051.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.10.021051

[35] Xinhua Peng, Jiangfeng Du ja Dieter Suter. Perustilan kietoutumisen kvanttifaasisiirtymä Heisenbergin spin-ketjussa, joka on simuloitu NMR-kvanttitietokoneella. Phys. Rev. A, 71 (1): 012307, 2005. 10.1103/​PhysRevA.71.012307.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.71.012307

[36] John Preskill. Kvanttilaskenta NISQ-aikakaudella ja sen ulkopuolella. Kvantti, 2: 79, 2018. 10.22331 / q-2018-08-06-79.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2018-08-06-79

[37] Chad Rigetti ja Michel Devoret. Täysin mikroaaltoviritettävät yleisportit suprajohtavissa kubiteissa lineaarisilla kytkennöillä ja kiinteillä siirtymätaajuuksilla. 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 jne. Spektroskooppiset lokalisoinnin allekirjoitukset vuorovaikutuksessa olevien fotonien kanssa suprajohtavissa kubiteissa. Science, 358 (6367): 1175–1179, 2017. 10.1126/​science.aao1401.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.aao1401

[39] Sarah Sheldon, Eastwar Magesan, Jerry M Chow ja Jay M Gambetta. Menetelmä ylikuulumisen systemaattiselle virittämiseksi ristiresonanssiportissa. 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 ja Johannes Knolle. Kvanttimonen kappaleen dynamiikan simulointi nykyisellä digitaalisella kvanttitietokoneella. 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 ja Alexander N Korotkov. Kahden qubitin ristiresonanssiportin toiminta ja luontainen virhebudjetti. Phys. Rev. A, 100 (1): 012301, 2019. 10.1103/​PhysRevA.100.012301.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.012301

[42] Hale F Trotter. Operaattorien puoliryhmien tulona. Proceedings of the American Mathematical Society, 10 (4): 545–551, 1959. 10.2307/​2033649.
https: / / doi.org/ 10.2307 / +2033649

[43] Joseph Vovrosh ja Johannes Knolle. Sulkeutumis- ja sotkeutumisdynamiikka digitaalisella kvanttitietokoneella. 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 ja Johannes Knolle. Yksinkertainen globaalien depolarisaatiovirheiden lieventäminen kvanttisimulaatioissa. 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 ja Lu-Ming Duan. Hamiltonin tomografia kvanttimonikehojärjestelmille mielivaltaisilla kytkennöillä. 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 ja Michael J Hartmann. Suprajohtavat monikappaleiset kvanttipiirit kvanttisimulaatioon ja -laskentaan. 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 ja Shaojiang Zhu. Qubit-koherenssin vakauttaminen ja parantaminen suunnittelemalla kaksitasoisten järjestelmien meluspektriä. 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 jne. Termisoitumisen ja tiedon sekoituksen havainnointi suprajohtavassa kvanttiprosessorissa. Phys. Rev. Lett., 128 (16): 160502, 2022. 10.1103/​PhysRevLett.128.160502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.160502

Viitattu

[1] Naoki Kanazawa, Daniel Egger, Yael Ben-Haim, Helena Zhang, William Shanks, Gadi Aleksandrowicz ja Christopher Wood, "Qiskit Experiments: A Python-paketti kvanttitietokoneiden karakterisoimiseksi ja kalibroimiseksi", The Journal of Open Source Software 8 84, 5329 (2023).

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

Yllä olevat sitaatit ovat peräisin SAO: n ja NASA: n mainokset (viimeksi päivitetty onnistuneesti 2024-02-22 13:05:17). Lista voi olla puutteellinen, koska kaikki julkaisijat eivät tarjoa sopivia ja täydellisiä viittaustietoja.

Ei voitu noutaa Crossref siteeratut tiedot viimeisen yrityksen aikana 2024-02-22 13:05:15: Ei voitu noutaa viittauksia 10.22331 / q-2024-02-22-1263 mainittuihin tietoihin Crossrefiltä. Tämä on normaalia, jos DOI rekisteröitiin äskettäin.

Tämä kirja on julkaistu Quantum - lehdessä Creative Commons Nimeäminen 4.0 Kansainvälinen (CC BY 4.0) lisenssin. Tekijänoikeudet säilyvät alkuperäisillä tekijänoikeuksien haltijoilla, kuten tekijöillä tai heidän instituutioillaan.

Aikaleima:

Lisää aiheesta Quantum Journal