Simulation quantique analogique avec qubits transmon à fréquence fixe

Simulation quantique analogique avec qubits transmon à fréquence fixe

Horodatage: 22 février 2024 8:02

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

1Département de physique, Laboratoire Blackett, Imperial College London, Prince Consort Road, SW7 2BW, Royaume-Uni
2École de physique et d'astronomie, Université de Nottingham, Nottingham, NG7 2RD, Royaume-Uni
3Centre de mathématiques et de physique théorique des systèmes quantiques hors équilibre, Université de Nottingham, Nottingham, NG7 2RD, Royaume-Uni
4Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Bautzner Landstraße 400, 01328 Dresde, Allemagne
5Institut Max-Planck d'optique quantique, Hans-Kopfermann-Str. 1, 85748 Garching, Allemagne
6Département de physique, Technische Universität München, James-Franck-Straße 1, 85748 Garching, Allemagne

Vous trouvez cet article intéressant ou souhaitez en discuter? Scite ou laisse un commentaire sur SciRate.

Abstract

Nous évaluons expérimentalement l'adéquation des qubits transmon avec des fréquences et des interactions fixes pour la réalisation de simulations quantiques analogiques de systèmes de spin. Nous testons un ensemble de critères nécessaires pour atteindre cet objectif sur un processeur quantique commercial utilisant une tomographie à processus quantique complet et une tomographie hamiltonienne plus efficace. Des erreurs significatives sur un seul qubit à faibles amplitudes sont identifiées comme un facteur limitant empêchant la réalisation de simulations analogiques sur les appareils actuellement disponibles. Nous trouvons en outre une dynamique parasite en l’absence d’impulsions motrices, que nous identifions à un couplage cohérent entre le qubit et un environnement de faible dimension. Avec des améliorations modérées, la simulation analogique d'une riche famille d'hamiltoniens à spin à plusieurs corps dépendant du temps pourrait être possible.

Simulation quantique analogique avec qubits transmon à fréquence fixe PlatoBlockchain Data Intelligence. Recherche verticale. Aï.

► Données BibTeX

► Références

Leonid V. Abdurakhimov, Imran Mahboob, Hiraku Toida, Kosuke Kakuyanagi, Yuichiro Matsuzaki et Shiro Saito. Identification de différents types de défauts haute fréquence dans les qubits supraconducteurs. PRX Quantum, 3 : 040332, décembre 2022. 10.1103/​PRXQuantum.3.040332. URL 10.1103/​PRXQuantum.3.040332.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.040332

MD SAJID ANIS, Abby-Mitchell, Héctor Abraham, AduOffei, Rochisha Agarwal, Gabriele Agliardi, Merav Aharoni, Vishnu Ajith, Ismail Yunus Akhalwaya, Gadi Aleksandrowicz et al. Expériences Qiskit, disponibles sur github.com/​qiskit/​qiskit-experiments. URL https://​/​github.com/​Qiskit/​qiskit-experiments.git.
https://​/​github.com/​Qiskit/​qiskit-experiments.git

MD SAJID ANIS, Abby-Mitchell, Héctor Abraham, AduOffei, Rochisha Agarwal, Gabriele Agliardi, Merav Aharoni, Vishnu Ajith, Ismail Yunus Akhalwaya, Gadi Aleksandrowicz et al. Qiskit : Un framework open source pour l'informatique quantique, 2021.

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. Suprématie quantique à l'aide d'un processeur supraconducteur programmable. Nature, 574 (7779) : 505-510, 2019. 10.1038/​s41586-019-1666-5.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-019-1666-5

Rami Barends, Alireza Shabani, Lucas Lamata, Julian Kelly, Antonio Mezzacapo, U Las Heras, Ryan Babbush, Austin G Fowler, Brooks Campbell, Yu Chen et al. Calcul quantique adiabatique numérisé avec un circuit supraconducteur. Nature, 534 (7606) : 222-226, 2016. 10.1038/​nature17658.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature17658

Alexandre Blais, Steven M Girvin et William D Oliver. Traitement de l'information quantique et optique quantique avec électrodynamique quantique des circuits. Nat. Phys., 16 (3) : 247-256, 2020. 10.1038/​s41567-020-0806-z.
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41567-020-0806-z

Rainer Blatt et Christian F Roos. Simulations quantiques avec ions piégés. Nat. Phys., 8 (4) : 277-284, 2012. 10.1038/​nphys2252.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys2252

Antoine Browaeys et Thierry Lahaye. Physique à N corps avec atomes Rydberg contrôlés individuellement. Nat. Phys., 16 (2) : 132-142, 2020. 10.1038/​s41567-019-0733-z.
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41567-019-0733-z

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 et al. Porte enchevêtrante simple tout micro-ondes pour qubits supraconducteurs à fréquence fixe. Phys. Rev. Lett., 107 (8): 080502, 2011. 10.1103/​PhysRevLett.107.080502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.107.080502

J Ignacio Cirac et Peter Zoller. Objectifs et opportunités en simulation quantique. Nat. Phys., 8 (4) : 264-266, 2012. 10.1038/​nphys2275.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys2275

SE de Graaf, L Faoro, LB Ioffe, S Mahashabde, JJ Burnett, T Lindström, SE Kubatkin, AV Danilov et A Ya Tzalenchuk. Systèmes à deux niveaux dans les dispositifs quantiques supraconducteurs dus à des quasiparticules piégées. Sci. Adv., 6 (51) : eabc5055, 2020. 10.1126/​sciadv.abc5055.
https://​/​doi.org/​10.1126/​sciadv.abc5055

David P. DiVincenzo. La mise en œuvre physique du calcul quantique. 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

Yuqian Dong, Yong Li, Wen Zheng, Yu Zhang, Zhuang Ma, Xinsheng Tan et Yang Yu. Mesure de la diffusion des quasiparticules dans un qubit transmon supraconducteur. Appl. Sci., 12 (17) : 8461, 2022. 10.3390/​app12178461.
https://​/​doi.org/​10.3390/​app12178461

Manuel Endres, Marc Cheneau, Takeshi Fukuhara, Christof Weitenberg, Peter Schauss, Christian Gross, Leonardo Mazza, Mari Carmen Banuls, L Pollet, Immanuel Bloch, et al. Observation de paires particules-trous corrélées et de l'ordre des cordes dans des isolants Mott de faible dimension. Science, 334 (6053) : 200-203, 2011. 10.1126/​science.1209284.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1209284

Iulia M Georgescu, Sahel Ashhab et Franco Nori. Simulation quantique. Rév. Mod. Phys., 86 (1): 153, 2014. 10.1103/​RevModPhys.86.153.
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.153

Daniel Greif, Thomas Uehlinger, Gregor Jotzu, Leticia Tarruell et Tilman Esslinger. Magnétisme quantique à courte portée des fermions ultrafroids dans un réseau optique. Science, 340 (6138) : 1307-1310, 2013. 10.1126/​science.1236362.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1236362

Markus Greiner, Olaf Mandel, Tilman Esslinger, Theodor W Hänsch et Immanuel Bloch. Transition de phase quantique d'un superfluide à un isolant Mott dans un gaz d'atomes ultrafroids. Nature, 415 (6867) : 39-44, 2002. 10.1038/​415039a.
https: / / doi.org/ 10.1038 / 415039a

Michael J. Hartmann. Simulation quantique avec photons en interaction. J. Opt., 18 (10) : 104005, 2016. 10.1088/​2040-8978/​18/​10/​104005.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​2040-8978/​18/​10/​104005

Michael J Hartmann, Fernando GSL Brandao et Martin B Plenio. Phénomènes quantiques à N corps dans les réseaux de cavités couplées. Laser Photonics Rev., 2 (6) : 527-556, 2008. 10.1002/​lpor.200810046.
https: / / doi.org/ 10.1002 / lpor.200810046

Andrew A Houck, Hakan E Türeci et Jens Koch. Simulation quantique sur puce avec circuits supraconducteurs. Nat. Phys., 8 (4) : 292-299, 2012. 10.1038/​nphys2251.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys2251

Manik Kapil, Bikash K Behera et Prasanta K Panigrahi. Simulation quantique de l'équation de Klein Gordon et observation du paradoxe de Klein dans l'ordinateur quantique IBM. Préimpression arXiv arXiv:1807.00521, 2018. 10.48550/​arXiv.1807.00521.
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1807.00521
arXiv: 1807.00521

Daniel Koch, Brett Martin, Saahil Patel, Laura Wessing et Paul M Alsing. Démonstration des défis de l'ère NISQ en matière de conception d'algorithmes sur l'ordinateur quantique à 20 qubits d'IBM. AIP Adv., 10 (9) : 095101, 2020. 10.1063/​5.0015526.
https: / / doi.org/ 10.1063 / 5.0015526

Philip Krantz, Morten Kjaergaard, Fei Yan, Terry P Orlando, Simon Gustavsson et William D Oliver. Un guide de l'ingénieur quantique sur les qubits supraconducteurs. Appl. Phys. Rév., 6 (2) : 021318, 2019. 10.1063/​1.5089550.
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.5089550

Ben P Lanyon, Cornelius Hempel, Daniel Nigg, Markus Müller, Rene Gerritsma, F Zähringer, Philipp Schindler, Julio T Barreiro, Markus Rambach, Gerhard Kirchmair et al. Simulation quantique numérique universelle avec ions piégés. Science, 334 (6052) : 57-61, 2011. 10.1126/​science.1208001.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1208001

Zhi Li, Liujun Zou et Timothy H Hsieh. Tomographie hamiltonienne via quench quantique. Phys. Rev. Lett., 124 (16): 160502, 2020. 10.1103/​PhysRevLett.124.160502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.124.160502

Jin Lin, Fu-Tian Liang, Yu Xu, Li-Hua Sun, Cheng Guo, Sheng-Kai Liao et Cheng-Zhi Peng. Générateur de formes d'onde arbitraires évolutif et personnalisable pour l'informatique quantique supraconductrice. AIP Adv., 9 (11) : 115309, 2019. 10.1063/​1.5120299.
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.5120299

Jürgen Lisenfeld, Grigorij J Grabovskij, Clemens Müller, Jared H Cole, Georg Weiss et Alexey V Ustinov. Observation de systèmes cohérents à deux niveaux en interaction directe dans un matériau amorphe. Nat. Commun., 6 (1) : 1–6, 2015. 10.1038/​ncomms7182.
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms7182

Seth Lloyd. Simulateurs quantiques universels. Science, 273 (5278): 1073–1078, 1996. 10.1126 / science.273.5278.1073.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.273.5278.1073

Ruichao Ma, Clai Owens, Aman LaChapelle, David I Schuster et Jonathan Simon. Tomographie hamiltonienne des réseaux photoniques. Phys. A, 95 (6): 062120, 2017. 10.1103/​PhysRevA.95.062120.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.95.062120

Moein Malekakhlagh, Easwar Magesan et David C McKay. Analyse des premiers principes du fonctionnement de la porte à résonance croisée. Phys. A, 102 (4): 042605, 2020. 10.1103/​PhysRevA.102.042605.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.102.042605

Daniel Malz et Adam Smith. Réseau de Floquet topologique bidimensionnel sur un seul qubit supraconducteur. Phys. Rev. Lett., 126 (16): 163602, 2021. 10.1103/​PhysRevLett.126.163602.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.163602

Matt McEwen, Lara Faoro, Kunal Arya, Andrew Dunsworth, Trent Huang, Seon Kim, Brian Burkett, Austin Fowler, Frank Arute, Joseph C Bardin et al. Résoudre les erreurs catastrophiques provoquées par les rayons cosmiques dans de grands réseaux de qubits supraconducteurs. Nat. Phys., 18 (1) : 107-111, 2022. 10.1038/​s41567-021-01432-8.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41567-021-01432-8

M Müller, Klemens Hammerer, YL Zhou, Christian F Roos et P Zoller. Simulation de systèmes quantiques ouverts : des interactions à N corps au pompage de stabilisateurs. Nouveau Journal of Physics, 13 (8) : 085007, 2011. 10.1088/​1367-2630/​13/​8/​085007.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​13/​8/​085007

Nicola Pancotti, Giacomo Giudice, J Ignacio Cirac, Juan P Garrahan et Mari Carmen Banuls. Modèle Quantum East : localisation, états propres non thermiques et dynamique lente. Phys. X, 10 (2): 021051, 2020. 10.1103/​PhysRevX.10.021051.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.10.021051

Xinhua Peng, Jiangfeng Du et Dieter Suter. Transition de phase quantique de l'intrication de l'état fondamental dans une chaîne de spins de Heisenberg simulée dans un ordinateur quantique RMN. Phys. A, 71 (1): 012307, 2005. 10.1103/​PhysRevA.71.012307.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.71.012307

John Preskill. L'informatique quantique à l'ère du NISQ et au-delà. Quantum, 2: 79, 2018. 10.22331 / q-2018-08-06-79.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2018-08-06-79

Chad Rigetti et Michel Devoret. Portes universelles entièrement accordables par micro-ondes dans des qubits supraconducteurs avec couplages linéaires et fréquences de transition fixes. Phys. B, 81 (13): 134507, 2010. 10.1103/​PhysRevB.81.134507.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.81.134507

Pedram Roushan, Charles Neill, J Tangpanitanon, Victor M Bastidas, A Megrant, Rami Barends, Yu Chen, Z Chen, B Chiaro, A Dunsworth et al. Signatures spectroscopiques de localisation avec des photons en interaction dans des qubits supraconducteurs. Science, 358 (6367) : 1175-1179, 2017. 10.1126/​science.aao1401.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.aao1401

Sarah Sheldon, Easwar Magesan, Jerry M Chow et Jay M Gambetta. Procédure pour régler systématiquement la diaphonie dans la porte à résonance croisée. Phys. A, 93 (6): 060302(R), 2016. 10.1103/​PhysRevA.93.060302.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.93.060302

Adam Smith, MS Kim, Frank Pollmann et Johannes Knolle. Simulation de la dynamique quantique à N corps sur un ordinateur quantique numérique actuel. npj Quantum Inf., 5 (1) : 1–13, 2019. 10.1038/​s41534-019-0217-0.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-019-0217-0

Vinay Tripathi, Mostafa Khezri et Alexander N Korotkov. Fonctionnement et bilan d'erreur intrinsèque d'une porte à résonance croisée à deux qubits. Phys. A, 100 (1): 012301, 2019. 10.1103/​PhysRevA.100.012301.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.012301

Hale F. Trotter. Sur le produit des semi-groupes d'opérateurs. Actes de l'American Mathematical Society, 10 (4) : 545-551, 1959. 10.2307/​2033649.
https: / / doi.org/ 10.2307 / 2033649

Joseph Vovrosh et Johannes Knolle. Dynamique de confinement et d'intrication sur un ordinateur quantique numérique. Sci. Rep., 11 (1) : 1–8, 2021. 10.1038/​s41598-021-90849-5.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41598-021-90849-5

Joseph Vovrosh, Kiran E Khosla, Sean Greenaway, Christopher Self, Myungshik S Kim et Johannes Knolle. Atténuation simple des erreurs dépolarisantes globales dans les simulations quantiques. Phys. E, 104 (3): 035309, 2021. 10.1103/​PhysRevE.104.035309.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.104.035309

Sheng-Tao Wang, Dong-Ling Deng et Lu-Ming Duan. Tomographie hamiltonienne pour les systèmes quantiques à N corps avec couplages arbitraires. New J. Phys., 17 (9) : 093017, 2015. 10.1088/​1367-2630/​17/​9/​093017.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​17/​9/​093017

Samuel A Wilkinson et Michael J Hartmann. Circuits quantiques supraconducteurs à N corps pour la simulation et l'informatique quantiques. Appl. Phys. Lett., 116 (23) : 230501, 2020. 10.1063/​5.0008202.
https: / / doi.org/ 10.1063 / 5.0008202

Xinyuan You, Ziwen Huang, Ugur Alyanak, Alexander Romanenko, Anna Grassellino et Shaojiang Zhu. Stabiliser et améliorer la cohérence des qubits en concevant le spectre de bruit des systèmes à deux niveaux. Phys. Appliqué, 18 (4): 044026, 2022. 10.1103/​PhysRevApplied.18.044026.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.18.044026

Qingling Zhu, Zheng-Hang Sun, Ming Gong, Fusheng Chen, Yu-Ran Zhang, Yulin Wu, Yangsen Ye, Chen Zha, Shaowei Li, Shaojun Guo et al. Observation de la thermalisation et du brouillage de l'information dans un processeur quantique supraconducteur. Phys. Rev. Lett., 128 (16): 160502, 2022. 10.1103/​PhysRevLett.128.160502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.160502

Cité par

[1] Naoki Kanazawa, Daniel Egger, Yael Ben-Haim, Helena Zhang, William Shanks, Gadi Aleksandrowicz et Christopher Wood, « Expériences Qiskit : un package Python pour caractériser et calibrer les ordinateurs quantiques », Le Journal des logiciels open source 8 84, 5329 (2023).

[2] Yuxiang Peng, Jacob Young, Pengyu Liu et Xiaodi Wu, « SimuQ : un cadre de programmation de la simulation hamiltonienne quantique avec compilation analogique », arXiv: 2303.02775, (2023).

Les citations ci-dessus proviennent de SAO / NASA ADS (dernière mise à jour réussie 2024-02-22 13:05:17). La liste peut être incomplète car tous les éditeurs ne fournissent pas de données de citation appropriées et complètes.

Impossible de récupérer Données de référence croisée lors de la dernière tentative 2024-02-22 13:05:15: Impossible de récupérer les données citées par 10.22331 / q-2024-02-22-1263 de Crossref. C'est normal si le DOI a été enregistré récemment.

Cet article est publié dans Quantum sous le Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) Licence. Le droit d'auteur reste la propriété des détenteurs d'origine tels que les auteurs ou leurs institutions.

Horodatage:

Plus de Journal quantique