Mappa completamente positiva per sistemi quantistici guidati da rumori derivati ​​​​dall'espansione Keldysh

Mappa completamente positiva per sistemi quantistici guidati da rumori derivati ​​​​dall'espansione Keldysh

Timestamp: 3 novembre 2023 6:17 AM

Ziwen Huang1, Yunwei Lu2, Anna Grassellino1, Aleksandr Romanenko1, Jens Koch2e Shaojiang Zhu1

1Centro materiali e sistemi quantistici superconduttori, Fermi National Accelerator Laboratory (FNAL), Batavia, IL 60510, USA
2Dipartimento di Fisica e Astronomia, Northwestern University, Evanston, IL 60208, USA

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Astratto

La modellazione accurata degli errori di decoerenza nei processori quantistici è fondamentale per analizzare e migliorare la fedeltà dei gate. Per aumentare la precisione oltre quella della mappa dinamica di Lindblad, sono state proposte diverse generalizzazioni e l'esplorazione di strutture più semplici e sistematiche è ancora in corso. In questo articolo introduciamo un modello di decoerenza basato sul formalismo di Keldysh. Questo formalismo ci consente di includere nel nostro modello impulsi non periodici e rumore quantistico correlato. Oltre alla sua vasta gamma di applicazioni, il nostro metodo è anche numericamente semplice e produce una mappa CPTP. Queste caratteristiche ci consentono di integrare la mappa di Keldysh con tecniche di controllo quantistico ottimale. Dimostriamo che questa strategia genera impulsi che mitigano il rumore quantistico correlato nelle operazioni di trasferimento dello stato e di gate dei qubit.

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Immagine in primo piano: quando un'unità arbitraria viene applicata al qubit, i canali familiari di decadimento, eccitazione e sfasamento per un qubit non guidato non riescono a descrivere accuratamente la decoerenza del qubit; dobbiamo invece eseguire una scomposizione dettagliata della frequenza sulla durata del gate per catturare accuratamente tutti i canali di rumore importanti su un intervallo di frequenze di rumore. Come? Controlla i nostri risultati, in particolare l’Eq. (19), se vuoi saperne di più!

Riepilogo popolare

Recentemente sono stati compiuti notevoli progressi verso la realizzazione pratica del calcolo quantistico, poiché sia ​​il numero che la qualità dei qubit sui chip del calcolo quantistico sono aumentati in modo significativo. Tuttavia, garantire operazioni di gate accurate su questi qubit rimane una sfida, dovuta principalmente al verificarsi di errori di decoerenza. Per analizzare e mitigare questi errori, è fondamentale lo sviluppo di uno strumento in grado di prevedere sistematicamente il formato e l’entità degli errori.

In questo lavoro presentiamo un semplice modello di decoerenza che può svolgere questo compito. Il modello è derivato utilizzando rigorosamente il formalismo di Keldysh e possiede le seguenti importanti caratteristiche. Innanzitutto, questo modello è altamente versatile, poiché può gestire unità arbitrarie su processori quantistici con rumore classico o quantistico, nonché rumore markoviano o non markoviano. In secondo luogo, è garantito che le mappe dinamiche previste da questo modello siano fisiche: sono rigorosamente CPTP. In terzo luogo, la complessità computazionale del modello è gestibile e consente un’integrazione diretta con tecniche di controllo quantistico ottimale. Attraverso l'integrazione di questo modello, dimostriamo numericamente una migliore fedeltà sia nelle operazioni di trasferimento di stato che in quelle di gate.

Usando il nostro modello, possiamo comprendere più comodamente la decoerenza dei qubit in una varietà di scenari, compresi quelli che sono stati esplorati raramente. Inoltre, questo modello basato su Keldysh può essere potenzialmente esteso a ordini superiori, il che sarebbe rilevante se le proprietà del rumore non gaussiano diventassero importanti. Infine, utilizzando il nostro modello per ottimizzare le porte nei processori quantistici reali, possiamo potenzialmente ridurre ulteriormente le imprecisioni e avvicinarci al raggiungimento della completa correzione degli errori quantistici.

► dati BibTeX

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Citato da

[1] Ziwen Huang, Taeyoon Kim, Tanay Roy, Yao Lu, Alexander Romanenko, Shaojiang Zhu e Anna Grassellino, "Porte veloci ZZ-Free Entangling per Qubit superconduttori assistiti da un risonatore guidato", arXiv: 2311.01332.

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