Determinare la capacità di calcolo quantistico universale: testare la controllabilità tramite espressività dimensionale

Determinare la capacità di calcolo quantistico universale: testare la controllabilità tramite espressività dimensionale

Timestamp: 21 dicembre 2023 7:24

Fernando Gago-Encinas1, Tobias Hartung2,3, Daniel M. Reich1, Karl Jansen4e Christiane P. Koch1

1Fachbereich Physik e Dahlem Center for Complex Quantum Systems, Freie Universität Berlin, Arnimallee 14, 14195 Berlino, Germania
2Northeastern University London, Devon House, St Katharine Docks, Londra, E1W 1LP, Regno Unito
3Khoury College of Computer Sciences, Northeastern University, 440 Huntington Avenue, 202 West Village H Boston, MA 02115, Stati Uniti
4NIC, DESY Zeuthen, Platanenallee 6, 15738 Zeuthen, Germania

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Astratto

La controllabilità degli operatori si riferisce alla capacità di implementare un unitario arbitrario in SU(N) ed è un prerequisito per il calcolo quantistico universale. I test di controllabilità possono essere utilizzati nella progettazione di dispositivi quantistici per ridurre il numero di controlli esterni. Il loro utilizzo pratico è tuttavia ostacolato dall’aumento esponenziale del loro sforzo numerico con il numero di qubit. Qui, ideiamo un algoritmo ibrido quantistico-classico basato su un circuito quantistico parametrizzato. Mostriamo che la controllabilità è legata al numero di parametri indipendenti, che possono essere ottenuti mediante l'analisi dell'espressività dimensionale. Esemplifichiamo l'applicazione dell'algoritmo agli array di qubit con accoppiamenti dei vicini più vicini e controlli locali. Il nostro lavoro fornisce un approccio sistematico alla progettazione efficiente delle risorse dei chip quantistici.

Determining the ability for universal quantum computing: Testing controllability via dimensional expressivity PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertical Search. Ai.

Immagine in primo piano: Singolo strato del circuito quantistico parametrico progettato per testare la controllabilità dell'operatore su un array di qubit con controlli locali.

Riepilogo popolare

La controllabilità ci dice se possiamo implementare ogni operazione unitaria concepibile su un sistema quantistico con campi di controllo che possiamo modificare in funzione del tempo. Questa proprietà è importante per gli array di qubit, poiché il calcolo quantistico universale richiede un dispositivo in grado di realizzare qualsiasi operazione logica quantistica. Poiché ogni campo di controllo occupa spazio fisico, richiede calibrazione ed è potenzialmente una fonte di rumore, diventa essenziale trovare progetti di dispositivi con il minor numero possibile di controlli e accoppiamenti qubit, man mano che i dispositivi quantistici diventano più grandi. I test di controllabilità possono aiutarci a raggiungere questo obiettivo.

Qui presentiamo un test ibrido quantistico-classico che combina misurazioni su un dispositivo quantistico e calcoli classici. Il nostro algoritmo si basa sul concetto di circuiti quantistici parametrici, la controparte quantistica dei circuiti booleani in cui alcune porte logiche dipendono da parametri diversi. Sfruttiamo l'analisi dell'espressività dimensionale per identificare tutti i parametri nel circuito che sono ridondanti e che possono essere rimossi. Mostriamo che, per qualsiasi array di qubit, un circuito quantistico parametrico può essere definito in modo tale che il numero di parametri indipendenti rifletta la controllabilità del sistema quantistico originale.

Ci auguriamo che questo test fornisca uno strumento utile per studiare questi circuiti e per progettare dispositivi quantistici controllabili che possano essere scalati a dimensioni maggiori.

► dati BibTeX

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