Préparation sans post-sélection de qubits physiques de haute qualité

Préparation sans post-sélection de qubits physiques de haute qualité

Ben Barber, Neil I. Gillespie et JM Taylor

Riverlane, Cambridge, Royaume-Uni

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

Abstract

L'amélioration rapide de la fidélité des portes pour des opérations cohérentes signifie que les erreurs de préparation et de mesure d'état (SPAM) peuvent devenir une source d'erreur dominante pour le fonctionnement tolérant aux pannes des ordinateurs quantiques. Ceci est particulièrement aigu dans les systèmes supraconducteurs, où les compromis entre la fidélité des mesures et la durée de vie des qubits ont limité les performances globales. Heureusement, la nature essentiellement classique de la préparation et de la mesure permet une grande variété de techniques pour améliorer la qualité en utilisant des qubits auxiliaires combinés au contrôle et à la post-sélection classiques. En pratique, cependant, la post-sélection complique grandement la planification de processus tels que l’extraction du syndrome. Nous présentons ici une famille de circuits quantiques qui préparent des états |0$rangle$ de haute qualité sans post-sélection, en utilisant à la place les portes CNOT et Toffoli pour permuter de manière non linéaire la base de calcul. Nous constatons des améliorations significatives des performances lorsque les erreurs de fidélité des portes à deux qubits descendent en dessous de 0.2 %, et des performances encore meilleures lorsque des portes Toffoli natives sont disponibles.

► Données BibTeX

► Références

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 grâce à 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

Jacob Z. Blumoff, Andrew S. Pan, Tyler E. Keating, Reed W. Andrews, David W. Barnes, Teresa L. Brecht, Edward T. Croke, Larken E. Euliss, Jacob A. Fast, Clayton A. C. Jackson, Aaron M. Jones, Joseph Kerckhoff, Robert K. Lanza, Kate Raach, Bryan J. Thomas, Roland Velunta, Aaron J. Weinstein, Thaddeus D. Ladd, Kevin Eng, Matthew G. Borselli, Andrew T. Hunter et Matthew T. Rakher. Préparation et mesure d’état rapides et haute fidélité dans des qubits de spin à triple point quantique. PRX Quantum, 3 : 010352, mars 2022. 10.1103/​PRXQuantum.3.010352. URL https://​/​doi.org/​10.1103/​PRXQuantum.3.010352.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.010352

P. Oscar Boykin, Tal Mor, Vwani Roychowdhury, Farrokh Vatan et Rutger Vrijen. Refroidissement algorithmique et ordinateurs quantiques RMN évolutifs. Actes de l'Académie nationale des sciences, 99 (6) : 3388-3393, 2002. 10.1073/​pnas.241641898.
https: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.241641898

Gilles Brassard, Yuval Elias, Tal Mor et Yossi Weinstein. Perspectives et limites du refroidissement algorithmique. The European Physical Journal Plus, 129 (11) : 1-16, 2014. 10.1140/​epjp/​i2014-14258-0.
https: / / doi.org/ 10.1140 / epjp / i2014-14258-0

S.M. Brewer, J.-S. Chen, A. M. Hankin, E. R. Clements, C. W. Chou, D. J. Wineland, D. B. Hume et D. R. Leibrandt. $^{27}$Al$^{+}$ horloge logique quantique avec une incertitude systématique inférieure à ${10}^{{-}18}$. Phys. Rev. Lett., 123 : 033201, juillet 2019. 10.1103/​PhysRevLett.123.033201. URL https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.123.033201.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.033201

Benjamin Desef. Yquant : composition de circuits quantiques dans un langage lisible par l'homme. 2020. 10.48550/​ARXIV.2007.12931. URL https://​/​arxiv.org/​abs/​2007.12931. arXiv : 2007.12931.
https://​/​doi.org/​10.48550/​ARXIV.2007.12931
arXiv: 2007.12931

John D. Dixon et Brian Mortimer. Groupes de permutations. Springer, New York, NY, 1996. 10.1007/​978-1-4612-0731-3.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-1-4612-0731-3

Salvatore S. Elder, Christopher S. Wang, Philip Reinhold, Connor T. Hann, Kevin S. Chou, Brian J. Lester, Serge Rosenblum, Luigi Frunzio, Liang Jiang et Robert J. Schoelkopf. Mesure haute fidélité de qubits codés dans des circuits supraconducteurs multiniveaux. Phys. X, 10 : 011001, janvier 2020. 10.1103/​PhysRevX.10.011001. URL https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevX.10.011001.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.10.011001

Yuval Elias, Tal Mor et Yossi Weinstein. Refroidissement algorithmique semi-optimal réalisable. Phys. A, 83 : 042340, avril 2011. 10.1103/​PhysRevA.83.042340. URL https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.83.042340.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.83.042340

Alexander Erhard, Joel J. Wallman, Lukas Postler, Michael Meth, Roman Stricker, Esteban A. Martinez, Philipp Schindler, Thomas Monz, Joseph Emerson et Rainer Blatt. Caractériser les ordinateurs quantiques à grande échelle via l'analyse comparative des cycles. Nature Communications, 10 (1) : 1–7, 2019. 10.1038/​s41467-019-13068-7.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-019-13068-7

José M. Fernandez, Seth Lloyd, Tal Mor et Vwani Roychowdhury. Refroidissement algorithmique des spins : une méthode pratique pour augmenter la polarisation. Journal international d'information quantique, 02 (04): 461–477, 2004. 10.1142/​S0219749904000419. URL https://​/​doi.org/​10.1142/​S0219749904000419.
https: / / doi.org/ 10.1142 / S0219749904000419

David Gajewski. Analyse des groupes générés par Quantum Gates. Thèse de doctorat, Université de Tolède, 2009.

Michael R. Geller et Mingyu Sun. Vers une correction efficace des erreurs de mesure multiqubits : méthode de corrélation de paires. Science et technologie quantiques, 6 (2) : 025009, février 2021. 10.1088/​2058-9565/​abd5c9. URL https://​/​doi.org/​10.1088/​2058-9565/​abd5c9.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​2058-9565/​abd5c9

Rebecca Hicks, Bryce Kobrin, Christian W. Bauer et Benjamin Nachman. Atténuation active des erreurs de lecture. Phys. A, 105 : 012419, janvier 2022. 10.1103/​PhysRevA.105.012419. URL https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.105.012419.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.105.012419

DB Hume, T. Rosenband et DJ Wineland. Détection adaptative de qubits haute fidélité grâce à des mesures répétitives de non-démolition quantique. Phys. Rev. Lett., 99 : 120502, septembre 2007. 10.1103/​PhysRevLett.99.120502. URL https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.99.120502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.99.120502

IBM. S'élever au-dessus du bruit : les amplificateurs quantiques limités permettent la lecture des systèmes quantiques IBM. Blog de recherche IBM, janvier 2020. URL https:/​/​www.ibm.com/​blogs/​research/​2020/​01/​quantum-limited-amplifiers/​. https://​/​www.ibm.com/​blogs/​research/​2020/​01/​quantum-limited-amplifiers/​.
https://​/​www.ibm.com/​blogs/​research/​2020/​01/​quantum-limited-amplifiers/​

L. Jiang, J. S. Hodges, J. R. Maze, P. Maurer, J. M. Taylor, D. G. Cory, P. R. Hemmer, R. L. Walsworth, A. Yacoby, A. S. Zibrov et M. D. Lukin. Lecture répétitive d'un seul spin électronique via la logique quantique avec des accessoires de spin nucléaire. Science, 326 (5950) : 267-272, 2009. 10.1126/​science.1176496. URL https://​/​www.science.org/​doi/​abs/​10.1126/​science.1176496.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1176496

Raymond Laflamme, Junan Lin et Tal Mor. Refroidissement algorithmique pour résoudre les erreurs de préparation d’état et de mesure en informatique quantique. Examen physique A, 106 (1): 012439, 2022. 10.1103/​PhysRevA.106.012439.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.106.012439

Ilya N. Moskalenko, Ilya A. Simakov, Nikolay N. Abramov, Alexander A. Grigorev, Dmitry O. Moskalev, Anastasiya A. Pishchimova, Nikita S. Smirnov, Evgeniy V. Zikiy, Ilya A. Rodionov et Ilya S. Besedin . Portes haute fidélité à deux qubits sur fluxoniums utilisant un coupleur accordable. npj Quantum Information, 8 (1) : 130, 2022. 10.1038/​s41534-022-00644-x.
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41534-022-00644-x

A. Opremcak, C. H. Liu, C. Wilen, K. Okubo, B. G. Christensen, D. Sank, T. C. White, A. Vainsencher, M. Giustina, A. Megrant, B. Burkett, B. L. T. Plourde et R. McDermott. Mesure haute fidélité d'un qubit supraconducteur à l'aide d'un compteur de photons micro-ondes sur puce. Phys. X, 11 : 011027, février 2021. 10.1103/​PhysRevX.11.011027. URL https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevX.11.011027.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.11.011027

Riverlane. Code source et données derrière cet article. Github, août 2022. URL https://​/​github.com/​riverlane/​purification-without-post-selection. https://​/​github.com/​riverlane/​purification-without-post-selection.
https://​/​github.com/​riverlane/​purification-without-post-selection

Leonard J. Schulman et Umesh V. Vazirani. Moteurs thermiques à l’échelle moléculaire et calcul quantique évolutif. Dans Actes du trente et unième symposium annuel de l'ACM sur la théorie de l'informatique, STOC '99, pages 322-329, New York, NY, États-Unis, 1999. Association for Computing Machinery. ISBN1581130678/​10.1145. URL https://​/​doi.org/​301250.301332/​10.1145.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 301250.301332

Youngkyu Sung, Leon Ding, Jochen Braumüller, Antti Vepsäläinen, Bharat Kannan, Morten Kjaergaard, Ami Greene, Gabriel O. Samach, Chris McNally, David Kim, Alexander Melville, Bethany M. Niedzielski, Mollie E. Schwartz, Jonilyn L. Yoder, Terry P. Orlando, Simon Gustavsson et William D. Oliver. Réalisation de portes iSWAP haute fidélité sans CZ et ZZ avec un coupleur accordable. Phys. X, 11 : 021058, juin 2021. 10.1103/​PhysRevX.11.021058. URL https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevX.11.021058.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.11.021058

Yasunari Suzuki, Suguru Endo, Keisuke Fujii et Yuuki Tokunaga. Atténuation des erreurs quantiques en tant que technique universelle de réduction des erreurs : applications du NISQ à l'ère de l'informatique quantique tolérante aux pannes. PRX Quantum, 3 : 010345, mars 2022. 10.1103/​PRXQuantum.3.010345. URL https://​/​doi.org/​10.1103/​PRXQuantum.3.010345.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.010345

Kristan Temme, Sergey Bravyi et Jay M. Gambetta. Atténuation des erreurs pour les circuits quantiques à faible profondeur. Phys. Rev. Lett., 119 : 180509, novembre 2017. 10.1103/​PhysRevLett.119.180509. URL https:/​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.119.180509.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.180509

Ye Wang, Stephen Crain, Chao Fang, Bichen Zhang, Shilin Huang, Qiyao Liang, Pak Hong Leung, Kenneth R. Brown et Jungsang Kim. Portes à deux qubits haute fidélité utilisant un système d'orientation de faisceau basé sur un système microélectromécanique pour l'adressage de qubits individuels. Phys. Rev. Lett., 125 : 150505, octobre 2020. 10.1103/​PhysRevLett.125.150505. URL https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.125.150505.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.150505

Kenneth Wright, Kristin M. Beck, Sea Debnath, J. M. Amini, Y. Nam, N. Grzesiak, J.-S. Chen, NC Pisenti, M. Chmielewski, C. Collins et al. Analyse comparative d'un ordinateur quantique de 11 qubits. Nature Communications, 10 (1) : 1–6, 2019. 10.1038/​s41467-019-13534-2.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-019-13534-2

Wenchao Xu, Aditya V. Venkatramani, Sergio H. Cantú, Tamara Šumarac, Valentin Klüsener, Mikhail D. Lukin et Vladan Vuletić. Préparation et détection rapides d'un qubit Rydberg à l'aide d'ensembles atomiques. Phys. Rev. Lett., 127 : 050501, juillet 2021. 10.1103/​PhysRevLett.127.050501. URL https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.127.050501.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.050501

Cité par

[1] Adam Kinos et Klaus Mølmer, « Opérations de portes optiques multiqubits sur un registre quantique atomique bloqué par excitation », Recherche sur l'examen physique 5 1, 013205 (2023).

Les citations ci-dessus proviennent de SAO / NASA ADS (dernière mise à jour réussie 2023-05-06 00:27:38). La liste peut être incomplète car tous les éditeurs ne fournissent pas de données de citation appropriées et complètes.

On Le service cité par Crossref aucune donnée sur la citation des œuvres n'a été trouvée (dernière tentative 2023-05-06 00:27:36).

Horodatage:

Plus de Journal quantique