Kvanttitilan valmistelu suunnitellun oheislaitteen nollauksen avulla

Kvanttitilan valmistelu suunnitellun oheislaitteen nollauksen avulla

Kvanttitilan valmistelu suunnitellun lisänollauksen PlatoBlockchain Data Intelligencen avulla. Pystysuuntainen haku. Ai.

Daniel Alcalde Puente1,2, Felix Motzoi1, Tommaso Calarco1,2,3, Giovanna Morigi4ja Matteo Rizzi1,2

1Forschungszentrum Jülich, Institute of Quantum Control, Peter Grünberg Institut (PGI-8), 52425 Jülich, Saksa
2Teoreettisen fysiikan instituutti, Kölnin yliopisto, 50937 Köln, Saksa
3Dipartimento di Fisica e Astronomia, Universitá di Bologna, 40127 Bologna, Italia
4Teoreettinen fysiikka, Fysiikan laitos, Saarland University, 66123 Saarbrücken, Saksa

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

Abstrakti

Tässä teoreettisessa tutkimuksessa tutkimme säännöllisen kvanttiresetoinnin sisältävän protokollan tehokkuutta turhautumattomien vanhempien hamiltonilaisten perustilojen valmistelemiseksi. Tämä protokolla käyttää ohjaavaa Hamiltonian, joka mahdollistaa paikallisen kytkennän järjestelmän ja apuvapausasteiden välillä. Apujärjestelmä palautetaan säännöllisin väliajoin alkutilaansa. Äärettömän lyhyillä palautusajoilla dynamiikka voidaan arvioida lindbladialaisella, jonka vakaa tila on tavoitetila. Rajallisilla palautusajoilla spinketju ja apulaite takertuvat kuittaustoimintojen väliin. Protokollan arvioimiseksi käytämme Matrix Product State -simulaatioita ja kvanttiratatekniikoita keskittyen spin-1 Affleck-Kennedy-Lieb-Tasaki -tilan valmisteluun. Analyysimme ottaa huomioon konvergenssiajan, tarkkuuden ja energian kehityksen eri nollausväleillä. Numeeriset tuloksemme osoittavat, että apujärjestelmien sotkeutuminen on välttämätöntä nopeamman konvergenssin kannalta. Erityisesti on olemassa optimaalinen palautusaika, jolloin protokolla toimii parhaiten. Yksinkertaista likiarvoa käyttämällä annamme näkemyksiä siitä, kuinka järjestelmään nollauksen aikana käytettävät kartoitusoperaattorit valitaan optimaalisesti. Lisäksi protokolla osoittaa huomattavaa joustavuutta pienille poikkeamille nollausajassa ja vaimentamiskohinalle. Tutkimuksemme viittaa siihen, että kvanttiresetointia käyttävät stroboskooppiset kartat voivat tarjota etuja vaihtoehtoisiin menetelmiin verrattuna, kuten kvanttisäiliösuunnittelu ja kvanttitilaohjausprotokollat, jotka perustuvat Markovin dynamiikkaan.

► BibTeX-tiedot

► Viitteet

[1] John Preskill. "Kvanttilaskenta NISQ-aikakaudella ja sen jälkeen". Quantum 2, 79 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2018-08-06-79

[2] Jens Eisert. "Tehon ja kvanttipiirin monimutkaisuuden yhdistäminen". Physical Review Letters 127, 020501 (2021). url: https://​/​doi.org/​10.1103/​physrevlett.127.020501.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.127.020501

[3] Tameem Albash ja Daniel A. Lidar. "Adiabaattinen kvanttilaskenta". Rev. Mod. Phys. 90, 015002 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.90.015002

[4] Pimonpan Sompet, Sarah Hirthe, Dominik Bourgund, Thomas Chalopin, Julian Bibo, Joannis Koepsell, Petar Bojović, Ruben Verresen, Frank Pollmann, Guillaume Salomon jne. "Symmetriasuojatun haldaanivaiheen toteuttaminen fermi-hubbard-tikkaissa". Luontosivut 1–5 (2022). URL-osoite: https://​/​doi.org/​10.1038/​s41586-022-04688-z.
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41586-022-04688-z

[5] Zhi-Yuan Wei, Daniel Malz ja J. Ignacio Cirac. "Tehokas adiabaattinen tensoriverkoston tilojen valmistelu". Physical Review Research 5 (2023).
https://​/​doi.org/​10.1103/​physrevresearch.5.l022037

[6] C. Schön, E. Solano, F. Verstraete, JI Cirac ja MM Wolf. "Ketkeytyneiden monikubitisten tilojen peräkkäinen sukupolvi". Phys. Rev. Lett. 95, 110503 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.95.110503

[7] Felix Motzoi, Michael P Kaicher ja Frank K Wilhelm. "Kvanttimonikappaleoperaattoreiden lineaariset ja logaritmiset aikakoostumukset". Fyysinen katsastuskirjeet 119, 160503 (2017). url: https://​/​doi.org/​10.1103/​physrevlett.119.160503.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.119.160503

[8] JF Poyatos, JI Cirac ja P. Zoller. "Kvanttisäiliötekniikka laserjäähdytetyillä loukkuun jääneillä ioneilla". Phys. Rev. Lett. 77, 4728-4731 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.77.4728

[9] Susanne Pielawa, Giovanna Morigi, David Vitali ja Luiz Davidovich. "Einstein-podolsky-rosen-kietoutuvan säteilyn synnyttäminen atomisäiliön läpi". Phys. Rev. Lett. 98, 240401 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.98.240401

[10] S. Diehl, A. Micheli, A. Kantian, B. Kraus, HP Büchler ja P. Zoller. "Kvanttitilat ja -faasit ohjatuissa avoimissa kvanttijärjestelmissä, joissa on kylmiä atomeja". Nature Physics 4, 878–883 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys1073

[11] Frank Verstraete, Michael M. Wolf ja J. Ignacio Cirac. "Kvanttilaskenta ja hajoamisen ohjaama kvanttitilatekniikka". Nature Physics 5, 633–636 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys1342

[12] SG Schirmer ja Xiaoting Wang. "Avointen kvanttijärjestelmien stabilointi markovialaisella säiliötekniikalla". Physical Review A 81, 062306 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.81.062306

[13] Giovanna Morigi, Jürgen Eschner, Cecilia Cormick, Yiheng Lin, Dietrich Leibfried ja David J. Wineland. "Spinketjun dissipatiivinen kvanttiohjaus". Phys. Rev. Lett. 115, 200502 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.115.200502

[14] Leo Zhou, Soonwon Choi ja Mikhail D Lukin. "Matriisituotetilojen symmetria-suojattu dissipatiivinen valmistelu". Physical Review A 104, 032418 (2021). url: https://​/​doi.org/​10.1103/​physreva.104.032418.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.104.032418

[15] Felix Motzoi, Eli Halperin, Xiaoting Wang, K Birgitta Whaley ja Sophie Schirmer. "Takaisinohjattu, vankka, vakaan tilan pitkän matkan kubitin sotkeutuminen häviöllisten kanavien yli". Physical Review A 94, 032313 (2016). url: https://​/​doi.org/​10.1103/​physreva.94.032313.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.94.032313

[16] Kevin C. Smith, Eleanor Crane, Nathan Wiebe ja SM Girvin. "Aklt-tilan deterministinen vakiosyvyys valmistelu kvanttiprosessorilla käyttämällä fuusiomittauksia". PRX Quantum 4 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / prxquantum.4.020315

[17] Nathanan Tantivasadakarn, Ryan Thorngren, Ashvin Vishwanath ja Ruben Verresen. "Pitkän kantaman takertuminen symmetria-suojattujen topologisten vaiheiden mittaamisesta" (2021). url: https://​/​arxiv.org/​abs/​2112.01519.
arXiv: 2112.01519

[18] Clément Sayrin, Igor Dotsenko, Xingxing Zhou, Bruno Peaudecerf, Théo Rybarczyk, Sébastien Gleyzes, Pierre Rouchon, Mazyar Mirrahimi, Hadis Amini, Michel Brune jne. "Reaaliaikainen kvanttipalaute valmistelee ja stabiloi fotonien lukumäärän tiloja". Nature 477, 73–77 (2011). url: https://​/​doi.org/​10.1038/​nature10376.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature10376

[19] R Vijay, Chris Macklin, DH Slichter, SJ Weber, KW Murch, Ravi Naik, Alexander N Korotkov ja Irfan Siddiqi. "Rabin värähtelyjen vakauttaminen suprajohtavassa kubitissa kvanttipalautteen avulla". Nature 490, 77–80 (2012). url: https://​/​doi.org/​10.1038/​nature11505.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature11505

[20] D Riste, M Dukalski, CA Watson, G De Lange, MJ Tiggelman, Ya M Blanter, Konrad W Lehnert, RN Schouten ja L DiCarlo. "Suprajohtavien kubittien deterministinen sotkeutuminen pariteettimittauksella ja takaisinkytkennällä". Nature 502, 350–354 (2013). url: https://​/​doi.org/​10.1038/​nature12513.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature12513

[21] Hideo Mabuchi. "Jatkuva kvanttivirheen korjaus klassisen hybridiohjauksena". New Journal of Physics 11, 105044 (2009). url: https://​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​11/​10/​105044.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​11/​10/​105044

[22] Joseph Kerckhoff, Hendra I Nurdin, Dmitri S Pavlichin ja Hideo Mabuchi. "Kvanttimuistien suunnittelu sulautetulla ohjauksella: fotonipiirit autonomiseen kvanttivirheen korjaukseen". Physical Review Letters 105, 040502 (2010). url: https://​/​doi.org/​10.1103/​physrevlett.105.040502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.105.040502

[23] Leigh Martin, Felix Motzoi, Hanhan Li, Mohan Sarovar ja K Birgitta Whaley. "Deterministinen etäkietoutuminen aktiivisella kvanttipalautteella". Physical Review A 92, 062321 (2015). url: https://​/​doi.org/​10.1103/​physreva.92.062321.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.92.062321

[24] Google Quantum AI. "Kvanttivirheiden tukahduttaminen skaalaamalla pintakoodin loogista kubittia". Nature 614, 676–681 (2023). url: https://​/​doi.org/​10.1038/​s41586-022-05434-1.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-022-05434-1

[25] Daniel Burgarth ja Vittorio Giovannetti. "Välitetty homogenointi". Phys. Rev. A 76, 062307 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.76.062307

[26] Daniel Burgarth ja Vittorio Giovannetti. "Täysi hallinta paikallisesti indusoidulla rentoutumisella". Phys. Rev. Lett. 99, 100501 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.99.100501

[27] Anne Matthies, Mark Rudner, Achim Rosch ja Erez Berg. "Ohjelmoitava adiabaattinen demagnetointi järjestelmille, joissa on triviaalisia ja topologisia herätteitä" (2022). URL-osoite: https://​/​arxiv.org/​abs/​2210.17256.
arXiv: 2210.17256

[28] Sthitadhi Roy, JT Chalker, IV Gornyi ja Yuval Gefen. "Mittausten aiheuttama kvanttijärjestelmien ohjaus". Physical Review Research 2, 033347 (2020). url: https://​/​doi.org/​10.1103/​physrevresearch.2.033347.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevresearch.2.033347

[29] Cristopher Moore ja Martin Nilsson. "Rinnakkvanttilaskenta ja kvanttikoodit". SIAM-lehti tietojenkäsittelystä 31, 799–815 (2001). URL-osoite: https://​/​doi.org/​10.1137/​s0097539799355053.
https: / / doi.org/ 10.1137 / s0097539799355053

[30] Rodney Van Meter ja Kohei M Itoh. "Nopea kvanttimodulaarinen eksponentio". Physical Review A 71, 052320 (2005). url: https://​/​doi.org/​10.1103/​physreva.71.052320.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.71.052320

[31] Bhaskar Gaur, Edgard Muñoz-Coreas ja Himanshu Thapliyal. "Logaritminen syvyyden kvanttisiirto-lookahead modulo (2n - 1) summain". Julkaisussa Proceedings of the Great Lakes Symposium on VLSI 2023. Sivut 125–130. (2023).
https: / / doi.org/ 10.1145 / +3583781.3590205

[32] Kurt Jacobs, Xiaoting Wang ja Howard M Wiseman. "Koherentti palaute, joka voittaa kaikki mittauspohjaiset palauteprotokollat". New Journal of Physics 16, 073036 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​16/​7/​073036

[33] Ángel Rivas, Susana F Huelga ja Martin B Plenio. "Kvanttievoluutioiden kietoutuminen ja ei-markovianisuus". Fyysinen katsastuskirjeet 105, 050403 (2010). url: https://​/​doi.org/​10.1103/​physrevlett.105.050403.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.105.050403

[34] Ruben Verresen, Roderich Moessner ja Frank Pollmann. "Yksiulotteisella symmetrialla suojatut topologiset vaiheet ja niiden siirtymät". Physical Review B 96, 165124 (2017). url: https://​/​doi.org/​10.1103/​physrevb.96.165124.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevb.96.165124

[35] Frank Pollmann ja Ari M Turner. "Symmetriasuojattujen topologisten vaiheiden havaitseminen yhdessä ulottuvuudessa". Fyysinen katsaus b 86, 125441 (2012). url: https://​/​doi.org/​10.1103/​physrevb.86.125441.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevb.86.125441

[36] Gavin K Brennen ja Akimasa Miyake. "Mittauspohjainen kvanttitietokone kahden kappaleen hamiltonin perustilassa". Fyysinen katsastuskirjeet 101, 010502 (2008). url: https://​/​doi.org/​10.1103/​physrevlett.101.010502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.101.010502

[37] P. Filipowicz, J. Javanainen ja P. Meystre. "Mikroskooppisen maserin teoria". Phys. Rev. A 34, 3077–3087 (1986).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.34.3077

[38] John J. Slosser ja Pierre Meystre. "Sähkömagneettisen kentän tangentti- ja kotangenttitilat". Phys. Rev. A 41, 3867–3874 (1990).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.41.3867

[39] Hans-Jürgen Briegel ja Berthold-Georg Englert. "Maserin makroskooppinen dynamiikka ei-poissonisilla ruiskutustilastoilla". Phys. Rev. A 52, 2361–2375 (1995).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.52.2361

[40] Thomas Wellens, Andreas Buchleitner, Burkhard Kümmerer ja Hans Maassen. "Kvanttitilan valmistelu asymptoottisen täydellisyyden kautta". Phys. Rev. Lett. 85, 3361-3364 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.85.3361

[41] Susanne Pielawa, Luiz Davidovich, David Vitali ja Giovanna Morigi. "Fotonien atomikvanttisäiliöiden suunnittelu". Phys. Rev. A 81, 043802 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.81.043802

[42] M Hartmann, D Poletti, M Ivanchenko, S Denisov ja P Hänggi. "Avointen kvanttijärjestelmien asymptoottiset floquet-tilat: vuorovaikutuksen rooli". New Journal of Physics 19, 083011 (2017).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​aa7ceb

[43] M. Weidinger, BTH Varcoe, R. Heerlein ja H. Walther. "Sanoitustilat mikromaserissa". Phys. Rev. Lett. 82, 3795-3798 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.82.3795

[44] BTH Varcoe, S. Brattke, M. Weidinger ja H. Walther. "Säteilykentän puhtaiden fotonilukutilojen valmistelu". Nature 403, 743–746 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1038 / +35001526

[45] G. Morigi, JI Cirac, M. Lewenstein ja P. Zoller. "Maatilan laserjäähdytys yli lampaan-dicke-rajan". Europhysics Letters 39, 13 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1209 / EPL / i1997-00306-3

[46] G. Morigi, JI Cirac, K. Ellinger ja P. Zoller. "Loukkuun jääneiden atomien laserjäähdytys perustilaan: Pimeä tila paikkaavaruudessa". Phys. Rev. A 57, 2909–2914 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.57.2909

[47] Jean Dalibard, Yvan Castin ja Klaus Mølmer. "Aaltofunktiolähestymistapa dissipatiivisiin prosesseihin kvanttioptiikassa". Phys. Rev. Lett. 68, 580-583 (1992).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.68.580

[48] R. Dum, P. Zoller ja H. Ritsch. "Spontaanien emission atomipääyhtälön Monte Carlo -simulaatio". Phys. Rev. A 45, 4879–4887 (1992).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.45.4879

[49] TS Cubitt, F. Verstraete, W. Dür ja JI Cirac. "Erotettavia tiloja voidaan käyttää sotkeutumisen jakamiseen". Phys. Rev. Lett. 91, 037902 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.91.037902

[50] Édgar Roldán ja Shamik Gupta. "Path-integral formalismi stokastiseen nollaukseen: Täsmälleen ratkaistu esimerkit ja pikakuvakkeet rajoituksiin". Phys. Rev. E 96, 022130 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.96.022130

[51] B. Mukherjee, K. Sengupta ja Satya N. Majumdar. "Kvanttidynamiikka stokastisella nollauksella". Phys. Rev. B 98, 104309 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.98.104309

[52] R. Yin ja E. Barkai. "Uudelleenkäynnistys nopeuttaa kvanttikävelyä." Phys. Rev. Lett. 130, 050802 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.130.050802

[53] Jutho Haegeman, J Ignacio Cirac, Tobias J Osborne, Iztok Pižorn, Henri Verschelde ja Frank Verstraete. "Aikariippuvainen variaatioperiaate kvanttihiloille". Fyysinen katsastuskirjeet 107, 070601 (2011). URL-osoite: https://​/​doi.org/​10.1007/​3-540-10579-4_20.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​3-540-10579-4_20

[54] Andrew J. Daley. "Kvanttiradat ja avoimet monikappaleiset kvanttijärjestelmät". Advances in Physics 63, 77–149 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1080 / +00018732.2014.933502

[55] Jülichin superlaskentakeskus. "Jureca: Datakeskeiset ja tehostinmoduulit, jotka toteuttavat modulaarisen superlaskenta-arkkitehtuurin Jülichin superlaskentakeskuksessa". Journal of suuren mittakaavan tutkimuslaitokset 7, A182 (2021).
https://​/​doi.org/​10.17815/​jlsrf-7-182

[56] Artur Garcia-Saez, Valentin Murg ja Tzu-Chieh Wei. "Affleck-kennedy-lieb-tasaki hamiltonilaisten spektraaliset aukot tensoriverkkomenetelmillä". Physical Review B 88, 245118 (2013). url: https://​/​doi.org/​10.1103/​physrevb.88.245118.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevb.88.245118

Viitattu

[1] Samuel Morales, Yuval Gefen, Igor Gornyi, Alex Zazunov ja Reinhold Egger, "Ohjaamattomien kvanttitilojen suunnittelu aktiivisella palautteella". Fyysisen tarkastelun tutkimus 6 1, 013244 (2024).

[2] Ruoyu Yin, Qingyuan Wang, Sabine Tornow ja Eli Barkai, "Restart uncertainty relation for monitored quantum dynamics" arXiv: 2401.01307, (2024).

[3] Anish Acharya ja Shamik Gupta, "Tiukkasti sitova malli, johon ehdolliset nollaukset tehdään satunnaisina aikoina", Fyysinen arviointi E 108 6, 064125 (2023).

[4] Sayan Roy, Christian Otto, Raphaël Menu ja Giovanna Morigi, "Kahden kubitin välisen takertumisen nousu ja lasku ei-Markovilaisessa kylvyssä". Fyysinen arvio A 108 3, 032205 (2023).

[5] Lucas Marti, Refik Mansuroglu ja Michael J. Hartmann, "Efficient Quantum Cooling Algorithm for Fermionic Systems", arXiv: 2403.14506, (2024).

Yllä olevat sitaatit ovat peräisin SAO: n ja NASA: n mainokset (viimeksi päivitetty onnistuneesti 2024-03-28 00:54:20). Lista voi olla puutteellinen, koska kaikki julkaisijat eivät tarjoa sopivia ja täydellisiä viittaustietoja.

On Crossrefin siteerattu palvelu tietoja teosten viittaamisesta ei löytynyt (viimeinen yritys 2024-03-28 00:54:18).

Aikaleima:

Lisää aiheesta Quantum Journal