1Fachbereich Physik dan Dahlem Center for Complex Quantum Systems, Freie Universitรคt Berlin, Arnimallee 14, 14195 Berlin, Jerman
2Universitas Northeastern London, Devon House, St Katharine Docks, London, E1W 1LP, Inggris Raya
3Sekolah Tinggi Ilmu Komputer Khoury, Universitas Northeastern, 440 Huntington Avenue, 202 West Village H Boston, MA 02115, AS
4NIC, DESY Zeuthen, Platanenallee 6, 15738 Zeuthen, Jerman
Apakah makalah ini menarik atau ingin dibahas? Scite atau tinggalkan komentar di SciRate.
Abstrak
Pengendalian operator mengacu pada kemampuan untuk mengimplementasikan kesatuan sewenang-wenang di SU(N) dan merupakan prasyarat untuk komputasi kuantum universal. Tes pengendalian dapat digunakan dalam desain perangkat kuantum untuk mengurangi jumlah kontrol eksternal. Namun, penggunaan praktisnya terhambat oleh penskalaan upaya numerik yang eksponensial dengan jumlah qubit. Di sini, kami merancang algoritma klasik kuantum hibrid berdasarkan sirkuit kuantum berparametri. Kami menunjukkan bahwa pengendalian terkait dengan jumlah parameter independen, yang dapat diperoleh dengan analisis ekspresifitas dimensi. Kami mencontohkan penerapan algoritme pada array qubit dengan kopling tetangga terdekat dan kontrol lokal. Pekerjaan kami memberikan pendekatan sistematis terhadap desain chip kuantum yang hemat sumber daya.
Ringkasan populer
Di sini kami menyajikan tes klasik kuantum hibrid yang menggabungkan pengukuran pada perangkat kuantum dan perhitungan klasik. Algoritme kami didasarkan pada konsep rangkaian kuantum parametrik, mitra kuantum dari rangkaian Boolean di mana beberapa gerbang logika bergantung pada parameter yang berbeda. Kami memanfaatkan analisis ekspresivitas dimensi untuk mengidentifikasi semua parameter di sirkuit yang berlebihan dan dapat dihapus. Kami menunjukkan bahwa, untuk array qubit apa pun, rangkaian kuantum parametrik dapat didefinisikan sedemikian rupa sehingga jumlah parameter independen mencerminkan kemampuan pengendalian sistem kuantum asli.
Kami berharap pengujian ini akan memberikan alat yang berguna untuk mempelajari sirkuit ini dan untuk merancang perangkat kuantum yang dapat dikontrol dan ditingkatkan ke dimensi yang lebih besar.
โบ data BibTeX
โบ Referensi
[1] Michael A Nielsen dan Isaac L Chuang. โKomputasi kuantum dan informasi kuantumโ. Pers universitas Cambridge. (2010).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511976667
[2] Philip Krantz, Morten Kjaergaard, Fei Yan, Terry P Orlando, Simon Gustavsson, dan William D Oliver. โPanduan insinyur kuantum untuk qubit superkonduktorโ. Review fisika terapan 6 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.5089550
[3] Juan Josรฉ Garcรญa-Ripoll. โInformasi kuantum dan optik kuantum dengan sirkuit superkonduktorโ. Pers Universitas Cambridge. (2022).
https: / / doi.org/ 10.1017 / 9781316779460
[4] Fernando Gago-Encinas, Monika Leibscher, dan Christiane Koch. โUji grafik pengendalian dalam array qubit: Cara sistematis untuk menentukan jumlah minimum kontrol eksternalโ. Sains dan Teknologi Kuantum 8, 045002 (2023).
https:/โ/โdoi.org/โ10.1088/โ2058-9565/โace1a4
[5] Domenico d'Alessandro. โPengantar kontrol dan dinamika kuantumโ. pers CRC. (2021).
https: / / doi.org/ 10.1201 / 9781003051268
[6] Christiane P. Koch, Ugo Boscain, Tommaso Calarco, Gunther Dirr, Stefan Filipp, Steffen J. Glaser, Ronnie Kosloff, Simone Montangero, Thomas Schulte-Herbrรผggen, Dominique Sugny, dan Frank K. Wilhelm. โKontrol optimal kuantum dalam teknologi kuantum. laporan strategis tentang status terkini, visi dan tujuan penelitian di Eropaโ. Teknologi Kuantum EPJ. 9, 19 (2022).
https://โ/โdoi.org/โ10.1140/โepjqt/โs40507-022-00138-x
[7] Steffen J. Glaser, Ugo Boscain, Tommaso Calarco, Christiane P. Koch, Walter Kรถckenberger, Ronnie Kosloff, Ilya Kuprov, Burkard Luy, Sophie Schirmer, Thomas Schulte-Herbrรผggen, D. Sugny, dan Frank K. Wilhelm. โMelatih kucing Schrรถdinger: kontrol optimal kuantum. laporan strategis tentang status terkini, visi dan tujuan penelitian di Eropaโ. EPJ D 69, 279 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1140 / epjd / e2015-60464-1
[8] Francesca Albertini dan Domenico D'Alessandro. โStruktur aljabar Lie dan pengendalian sistem putaranโ. Aljabar Linier dan Penerapannya 350, 213โ235 (2002).
https:/โ/โdoi.org/โ10.1016/โS0024-3795(02)00290-2
[9] U. Boscain, M. Caponigro, T. Chambrion, dan M. Sigalotti. โKondisi spektral yang lemah untuk pengendalian persamaan Schrรถdinger bilinear dengan penerapan pada pengendalian molekul planar yang berputarโ. Komunikasi Matematika. Fis. 311, 423โ455 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1007 / s00220-012-1441-z
[10] Ugo Boscain, Marco Caponigro, dan Mario Sigalotti. โPersamaan Schrรถdinger multi-input: pengendalian, pelacakan, dan penerapan momentum sudut kuantumโ. Jurnal Persamaan Diferensial 256, 3524โ3551 (2014).
https://โ/โdoi.org/โ10.1016/โj.jde.2014.02.004
[11] SG Schirmer, H. Fu, dan AI Solomon. โPengendalian penuh sistem kuantumโ. Fis. Pdt.A 63, 063410 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.63.063410
[12] H Fu, SG Schirmer, dan AI Solomon. โPengendalian penuh sistem kuantum tingkat terbatasโ. Jurnal Fisika A: Matematika dan Umum 34, 1679 (2001).
https:/โ/โdoi.org/โ10.1088/โ0305-4470/โ34/โ8/โ313
[13] Claudio Altafini. โPengendalian sistem mekanika kuantum dengan dekomposisi ruang akar su(n)โ. Jurnal Fisika Matematika 43, 2051โ2062 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.1467611
[14] Eugenio Pozzoli, Monika Leibscher, Mario Sigalotti, Ugo Boscain, dan Christiane P. Koch. โAljabar kebohongan untuk subsistem rotasi dari puncak asimetris yang digerakkanโ. J.Fisika. J: Matematika. teori. 55, 215301 (2022).
https://โ/โdoi.org/โ10.1088/โ1751-8121/โac631d
[15] Thomas Chambrion, Paolo Mason, Mario Sigalotti, dan Ugo Boscain. โPengendalian persamaan Schrรถdinger spektrum diskrit yang didorong oleh medan eksternalโ. Annales de l'Institut Henri Poincarรฉ C 26, 329โ349 (2009).
https://โ/โdoi.org/โ10.1016/โj.anihpc.2008.05.001
[16] Nabile Boussaรฏd, Marco Caponigro, dan Thomas Chambrion. โSistem yang digabungkan secara lemah dalam kontrol kuantumโ. IEEE Trans. Otomat. Kontrol 58, 2205โ2216 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TAC.2013.2255948
[17] Monika Leibscher, Eugenio Pozzoli, Cristobal Pรฉrez, Melanie Schnell, Mario Sigalotti, Ugo Boscain, dan Christiane P. Koch. โKontrol kuantum penuh dari transfer keadaan selektif enansiomer dalam molekul kiral meskipun terjadi degenerasiโ. Fisika Komunikasi 5, 1โ16 (2022).
https:/โ/โdoi.org/โ10.1038/โs42005-022-00883-6
[18] Alberto Peruzzo, Jarrod McClean, Peter Shadbolt, Man-Hong Yung, Xiao-Qi Zhou, Peter J Love, Alรกn Aspuru-Guzik, dan Jeremy L O'brien. โPemecah nilai eigen variasional pada prosesor kuantum fotonikโ. Komunikasi alam 5, 4213 (2014).
https://โ/โdoi.org/โ10.1038/โncomms5213
[19] Jarrod R McClean, Jonathan Romero, Ryan Babbush, dan Alan Aspuru-Guzik. "Teori algoritma kuantum-klasik hibrida variasi". Jurnal Fisika Baru 18, 023023 (2016).
https:/โ/โdoi.org/โ10.1088/โ1367-2630/โ18/โ2/โ023023
[20] John Preskill. โKomputasi kuantum di era nisq dan seterusnyaโ. Kuantum 2, 79 (2018).
https:/โ/โdoi.org/โ10.22331/โq-2018-08-06-79
[21] Lena Funcke, Tobias Hartung, Karl Jansen, Stefan Kรผhn, dan Paolo Stornati. โAnalisis ekspresivitas dimensi rangkaian kuantum parametrikโ. Kuantum 5, 422 (2021).
https:/โ/โdoi.org/โ10.22331/โq-2021-03-29-422
[22] Lena Funcke, Tobias Hartung, Karl Jansen, Stefan Kรผhn, Manuel Schneider, dan Paolo Stornati. โAnalisis ekspresivitas dimensi, kesalahan perkiraan terbaik, dan desain otomatis rangkaian kuantum parametrikโ (2021).
[23] Claudio Altafini. โPengendalian sistem mekanika kuantum dengan dekomposisi ruang akar su (n)โ. Jurnal Fisika Matematika 43, 2051โ2062 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.1467611
[24] Francesca Albertini dan Domenico D'Alessandro. โGagasan tentang pengendalian untuk sistem kuantum bertingkat bilinearโ. Transaksi IEEE pada Kontrol Otomatis 48, 1399โ1403 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TAC.2003.815027
[25] SG Schirmer, ICH Pullen, dan AI Solomon. โIdentifikasi aljabar kebohongan dinamis untuk sistem kontrol kuantum tingkat terbatasโ. Jurnal Fisika A: Matematika dan Umum 35, 2327 (2002).
https:/โ/โdoi.org/โ10.1088/โ0305-4470/โ35/โ9/โ319
[26] Marco Cerezo, Andrew Arrasmith, Ryan Babbush, Simon C Benjamin, Suguru Endo, Keisuke Fujii, Jarrod R McClean, Kosuke Mitarai, Xiao Yuan, Lukasz Cincio, dkk. "Algoritma kuantum variasional". Ulasan Alam Fisika 3, 625โ644 (2021).
https:/โ/โdoi.org/โ10.1038/โs42254-021-00348-9
[27] Sukin Sim, Peter D Johnson, dan Alรกn Aspuru-Guzik. โEkspresibilitas dan kemampuan menjerat sirkuit kuantum berparameter untuk algoritma klasik kuantum hibridโ. Teknologi Kuantum Tingkat Lanjut 2, 1900070 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1002 / qute.201900070
[28] Lucas Friedrich dan Jonas Maziero. โKetergantungan konsentrasi fungsi biaya kuantum pada ekspresivitas parametrisasiโ (2023).
https:/โ/โdoi.org/โ10.1038/โs41598-023-37003-5
[29] John M Lee dan John M Lee. โManifold halusโ. Peloncat. (2012).
https:/โ/โdoi.org/โ10.1007/โ978-1-4419-9982-5_1
[30] Morten Kjaergaard, Mollie E Schwartz, Jochen Braumรผller, Philip Krantz, Joel IJ Wang, Simon Gustavsson, dan William D Oliver. โQubit superkonduktor: Keadaan permainan saat iniโ. Review Tahunan Fisika Benda Terkondensasi 11, 369โ395 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1146 / annurev-conmatphys-031119-050605
[31] Man-Duen Choi. "Peta linier yang sepenuhnya positif pada matriks kompleks". Aljabar linier dan penerapannya 10, 285โ290 (1975).
https:/โ/โdoi.org/โ10.1016/โ0024-3795(75)90075-0
[32] Andrzej Jamioลkowski. "Transformasi linier yang mempertahankan jejak dan semidefinisi positif dari operator". Laporan Fisika Matematika 3, 275โ278 (1972).
https:/โ/โdoi.org/โ10.1016/โ0034-4877(72)90011-0
[33] Seth Lloyd, Masoud Mohseni, dan Patrick Rebentrost. "Analisis komponen utama kuantum". Fisika Alam 10, 631โ633 (2014).
https://โ/โdoi.org/โ10.1038/โnphys3029
[34] Min Jiang, Shunlong Luo, dan Shuangshuang Fu. โDualitas saluran-negaraโ. Tinjauan Fisik A 87, 022310 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.87.022310
[35] Alicia B Magann, Christian Arenz, Matthew D Grace, Tak-San Ho, Robert L Kosut, Jarrod R McClean, Herschel A Rabitz, dan Mohan Sarovar. โDari pulsa ke sirkuit dan kembali lagi: Perspektif kontrol optimal kuantum pada algoritma kuantum variasionalโ. PRX Kuantum 2, 010101 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.010101
[36] Nicolas Wittler, Federico Roy, Kevin Pack, Max Werninghaus, Anurag Saha Roy, Daniel J. Egger, Stefan Filipp, Frank K. Wilhelm, dan Shai Machnes. โAlat terintegrasi untuk kontrol, kalibrasi, dan karakterisasi perangkat kuantum yang diterapkan pada qubit superkonduktorโ. Fis. Pendeta Aplikasi. 15, 034080 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.15.034080
[37] Jonathan Z Lu, Rodrigo A Bravo, Kaiying Hou, Gebremedhin A Dagnew, Susanne F Yelin, dan Khadijeh Najafi. โMempelajari simetri kuantum dengan algoritma variasional kuantum-klasik interaktifโ (2023).
[38] Alicja Dutkiewicz, Thomas E O'Brien, dan Thomas Schuster. โKeuntungan kontrol kuantum dalam pembelajaran hamiltonian banyak orangโ (2023).
[39] Rongxin Xia dan Sabre Kais. "Qubit berpasangan cluster tunggal dan ganda variasional kuantum eigensolver ansatz untuk perhitungan struktur elektronik". Sains dan Teknologi Kuantum 6, 015001 (2020).
https://โ/โdoi.org/โ10.1088/โ2058-9565/โabbc74
[40] Abhinav Kandala, Antonio Mezzacapo, Kristan Temme, Maika Takita, Markus Brink, Jerry M Chow, and Jay M Gambetta. โEigensolver kuantum variasional yang efisien perangkat keras untuk molekul kecil dan magnet kuantumโ. Alam 549, 242โ246 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature23879
[41] Pauline J Ollitrault, Alexander Miessen, dan Ivano Tavernelli. โDinamika kuantum molekul: Perspektif komputasi kuantumโ. Catatan Penelitian Kimia 54, 4229โ4238 (2021).
https://โ/โdoi.org/โ10.1021/โacs.accounts.1c00514
Dikutip oleh
Tidak dapat mengambil Crossref dikutip oleh data selama upaya terakhir 2023-12-21 12:25:23: Tidak dapat mengambil data yang dikutip untuk 10.22331 / q-2023-12-21-1214 dari Crossref. Ini normal jika DOI terdaftar baru-baru ini. Di SAO / NASA ADS tidak ada data tentang karya mengutip ditemukan (upaya terakhir 2023-12-21 12:25:23).
Makalah ini diterbitkan dalam Quantum di bawah Creative Commons Attribution 4.0 Internasional (CC BY 4.0) lisensi. Hak cipta tetap berada pada pemegang hak cipta asli seperti penulis atau lembaganya.
- Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
- PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
- PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
- PlatoESG. Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
- PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
- Sumber: https://quantum-journal.org/papers/q-2023-12-21-1214/
- :adalah
- :bukan
- :Di mana
- ][P
- $NAIK
- 001
- 1
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15%
- 16
- 17
- 19
- 20
- 2001
- 2008
- 2012
- 2013
- 2014
- 2015
- 2016
- 2017
- 2018
- 2019
- 202
- 2020
- 2021
- 2022
- 2023
- 22
- 23
- 24
- 25
- 26%
- 27
- 28
- 29
- 30
- 31
- 32
- 33
- 35%
- 350
- 36
- 39
- 40
- 41
- 43
- 54
- 58
- 7
- 72
- 75
- 8
- 87
- 9
- a
- kemampuan
- ABSTRAK
- mengakses
- Akun
- Mencapai
- maju
- Keuntungan
- afiliasi
- lagi
- AI
- AL
- Alexander
- algoritma
- algoritma
- Semua
- an
- analisis
- dan
- Andrew
- Kaku
- tahunan
- Apa pun
- Aplikasi
- aplikasi
- terapan
- pendekatan
- ADALAH
- susunan
- AS
- usaha
- penulis
- penulis
- Otomatis
- secara otomatis
- kesempatan
- kembali
- berdasarkan
- BE
- menjadi
- Benyamin
- Berlin
- Luar
- boston
- baik sekali
- Istirahat
- jurang
- by
- perhitungan
- cambridge
- CAN
- kemampuan
- KUCING
- pusat
- perubahan
- kimia
- Keripik
- makanan
- Kristen
- Kelompok
- Perguruan tinggi
- menggabungkan
- comm
- komentar
- Ruang makan besar
- komunikasi
- kompleks
- komponen
- komputasi
- komputer
- komputasi
- konsentrasi
- konsep
- Materi terkondensasi
- kondisi
- kontrol
- kontrol
- hak cipta
- Biaya
- bisa
- Mitra
- ditambah
- CRC
- terbaru
- Kondisi saat ini
- Daniel
- data
- Desember
- didefinisikan
- tergantung
- Ketergantungan
- Mendesain
- dirancang
- merancang
- desain
- Meskipun
- Menentukan
- menentukan
- alat
- Devices
- mata uang
- berbeda
- ukuran
- membahas
- Dobel
- didorong
- selama
- dinamika
- e
- E&T
- usaha
- Elektronik
- insinyur
- persamaan
- Era
- kesalahan
- penting
- Eropa
- Setiap
- eksponensial
- luar
- Federico
- fei
- beberapa
- bidang
- Fields
- Menemukan
- Untuk
- ditemukan
- jujur
- dari
- fu
- fungsi
- Gates
- Umum
- tujuan
- Anda
- rahmat
- Tumbuh
- membimbing
- harvard
- membantu
- di sini
- pemegang
- berharap
- Rumah
- Namun
- HTTPS
- Huntington
- Hibrida
- kuantum-klasik hibrida
- i
- mengenali
- IEEE
- if
- gambar
- melaksanakan
- penting
- in
- independen
- informasi
- lembaga
- interaktif
- menarik
- Internasional
- IT
- NYA
- JavaScript
- joel
- John
- Johnson
- jonathan
- majalah
- juan
- karl
- Koch
- lebih besar
- Terakhir
- lapisan
- pengetahuan
- Meninggalkan
- Lee
- Leverage
- Lisensi
- berbohong
- terkait
- lokal
- logika
- London
- cinta
- Magnet
- Peta
- marco
- mario
- Tukang batu
- matematika
- matematis
- hal
- matthew
- max
- max-width
- mcclean
- pengukuran
- mekanis
- melanie
- Michael
- menit
- minimum
- molekul
- Momentum
- Bulan
- Alam
- New
- Nicolas
- tidak
- Kebisingan
- normal
- Northeastern University
- jumlah
- diperoleh
- of
- oliver
- on
- Buka
- operasi
- operator
- operator
- optik
- optimal
- or
- asli
- Orlando
- kami
- pak
- halaman
- Paulus
- kertas
- parameter
- patrick
- perspektif
- Petrus
- fisik
- Fisika
- plato
- Kecerdasan Data Plato
- Data Plato
- Bermain
- positif
- mungkin
- berpotensi
- Praktis
- menyajikan
- pers
- Utama
- Prosesor
- milik
- memberikan
- menyediakan
- diterbitkan
- penerbit
- Kuantum
- algoritma kuantum
- komputasi kuantum
- informasi kuantum
- Optik kuantum
- sistem kuantum
- qubit
- qubit
- R
- menyadari
- baru-baru ini
- menurunkan
- referensi
- mengacu
- mencerminkan
- terdaftar
- sisa
- Dihapus
- melaporkan
- laporan
- membutuhkan
- penelitian
- ulasan
- Review
- ROBERT
- akar
- roy
- Ryan
- s
- skala
- Ilmu
- Sains dan Teknologi
- ILMU PENGETAHUAN
- set
- SG
- Menunjukkan
- YA
- Simon
- sejak
- tunggal
- kecil
- beberapa
- sumber
- Space
- Spektral
- Berputar
- Negara
- Status
- stefan
- Strategis
- struktur
- Belajar
- seperti itu
- superkonduktor
- sistem
- sistem
- Dibutuhkan
- Teknologi
- Teknologi
- mengatakan
- uji
- pengujian
- tes
- bahwa
- Grafik
- mereka
- teori
- Ini
- ini
- waktu
- Judul
- untuk
- alat
- puncak
- Jejak
- Pelacakan
- Transaksi
- transfer
- transformasi
- bawah
- Serikat
- Universal
- universitas
- URL
- us
- menggunakan
- bekas
- melalui
- Desa
- visi
- volume
- ingin
- adalah
- Cara..
- we
- lemah
- Barat
- apakah
- yang
- akan
- william
- dengan
- Kerja
- bekerja
- xiao
- tahun
- Yuan
- zephyrnet.dll