אפיון והפחתת שגיאות קוהרנטיות במעבד קוונטי יונים לכודים תוך שימוש בהפוכים נסתרים

אפיון והפחתת שגיאות קוהרנטיות במעבד קוונטי יונים לכודים תוך שימוש בהפוכים נסתרים

חותמת זמן: 15 במאי 2023 8:55

סוורנדייפ מג'ודר1,2, כריסטופר ג'י ייל3, טיטוס ד מוריס4, דניאל ס.לובסר3, Ashlyn D. Burch3, מתיו NH Chow3,5,6, Melissa C. Revelle3, סוזן מ. קלארק3, ורפאל סי פוזר4

1Duke Quantum Center, Duke University, Durham, NC 27701, ארה"ב
2המחלקה להנדסת חשמל ומחשבים, אוניברסיטת דיוק, דורהאם, NC 27708 ארה"ב
3Sandia National Laboratories, Albuquerque, NM 87123, ארה"ב
4מדור מדעי המידע הקוונטי, Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, TN 37831, ארה"ב
5המחלקה לפיזיקה ואסטרונומיה, אוניברסיטת ניו מקסיקו, אלבקרקי, NM 87131, ארה"ב
6המרכז למידע ושליטה קוונטית, אוניברסיטת ניו מקסיקו, אלבוקרקי, NM 87131, ארה"ב

מצא את העיתון הזה מעניין או רוצה לדון? סקייט או השאירו תגובה ב- SciRate.

תַקצִיר

מיטות בדיקה של מחשוב קוונטי מציגות שליטה קוונטית בנאמנות גבוהה על אוספים קטנים של קיוביטים, ומאפשרות ביצוע של פעולות מדויקות וניתנות לחזרה ואחריהן מדידות. נכון לעכשיו, המכשירים הרועשים האלה בקנה מידה בינוני יכולים לתמוך במספר מספיק של פעולות עוקבות לפני דה-קוהרנטיות, כך שניתן לבצע אלגוריתמים לטווח הקרוב בדיוק קרוב (כמו דיוק כימי לבעיות כימיה קוונטית). בעוד שהתוצאות של אלגוריתמים אלו אינן מושלמות, פגמים אלו יכולים לסייע בפיתוח מחשב קוונטי לפיתוח מחשבים קוונטיים. הדגמות של אלגוריתמים אלה במהלך השנים האחרונות, יחד עם הרעיון שביצועי אלגוריתמים לא מושלמים יכולים להיגרם מכמה מקורות רעש דומיננטיים במעבד הקוונטי, שניתן למדוד ולכייל במהלך ביצוע אלגוריתם או בעיבוד שלאחר, הובילו ל- שימוש בהפחתת רעש כדי לשפר תוצאות חישוביות טיפוסיות. לעומת זאת, אלגוריתמי אמת מידה בשילוב עם הפחתת רעש יכולים לסייע באבחון אופי הרעש, בין אם הוא שיטתי או אקראי בלבד. כאן, אנו מתארים את השימוש בטכניקות הפחתת רעש קוהרנטיות ככלי אפיון במצעי בדיקה של יונים לכודים. אנו מבצעים התאמת מודלים של הנתונים הרועשים כדי לקבוע את מקור הרעש בהתבסס על מודלים ריאליסטיים של רעש ממוקדי פיזיקה ומדגים שהגברת רעש שיטתית בשילוב עם תוכניות הפחתת שגיאות מספקות נתונים שימושיים לניכוי מודל רעש. יתרה מכך, על מנת לחבר פרטי מודל רעש ברמה נמוכה יותר עם ביצועים ספציפיים ליישום של אלגוריתמים לטווח הקרוב, אנו בונים בניסוי את נוף האובדן של אלגוריתם וריאצי תחת מקורות רעש מוזרקים שונים יחד עם טכניקות הפחתת שגיאות. סוג זה של חיבור מאפשר תכנון משותף של חומרה מודע ליישום, שבו מקורות הרעש החשובים ביותר ביישומים ספציפיים, כמו כימיה קוונטית, הופכים למוקדי שיפור בדורות החומרה הבאים.

אפיון והפחתת שגיאות קוהרנטיות במעבד קוונטי יונים לכודים תוך שימוש ב-PlatoBlockchain Data Intelligence הפוך. חיפוש אנכי. איי.

תמונה מוצגת: אוכלוסיית מרחב שלב (הסתברות למדידת $|0rangle$) לאחר החלת [$H- X(Theta)- Z(Phi)- H^dagger$]$^{100}$ על $|0rangle$ כפונקציה של $Theta, Phi$ עבור סימולציה וניסוי. פרוטוקולים הפוכים נסתרים יכולים להציע אפיון קיוביט בודד מדויק וזול.

סיכום פופולרי

מחשבים קוונטיים מתקופת NISQ, הם מעצם הגדרתם, רועשים ולא מושלמים, דורשים שיטות להפחתת שגיאות על מנת לשפר את ביצועי המעגל. במאמר זה, אנו מדגימים כי טכניקה המכונה הפכים נסתרים יכולה לשמש גם כשיטה להפחתת שגיאות וגם לאפיון שגיאות. היפוכים נסתרים מסתמכים על היכולת לבנות מעגלים עם שערים מרוכבים שאינם מקוריים שהם סמוכים לעצמם (כגון Hadamard או Controlled-NOT), כלומר ניתן לבנות אותם באמצעות סדרה של שערים מקוריים בחומרה או אותם שערים מקוריים הפוכים בהזמנת סימן וזמן. באמצעות מחשב קוונטי של יונים נלכדים, אנו מדגימים תחילה ניסוי שבו ה-Hadamard והיפוך שלו מתחלפים עם סיבובי שגיאה קטנים שהוכנסו. על ידי התאמת התוצאות למודל פשוט, אנו מסוגלים לאחר מכן לאפיין שגיאות קוהרנטיות במערכת, ולראות כיצד השגיאות הללו נסחפות לאורך זמן. לאחר מכן אנו משתמשים ב-NOT מבוקר ובהפוך שלו בתוך פותר עצמי קוונטי של וריאציה. באמצעות הזרקת שגיאות מכוונת, אנו מראים שמעגלים שנבנו באמצעות פרוטוקולים הפוכים נסתרים מעלים ביצועים בטכניקה אחרת להפחתת שגיאות, קומפילציה אקראית. אנו עוד בוחנים את הפחתת השגיאות במערכת זו באמצעות טיהור מטריצת צפיפות פרמיונית, מתודולוגיה שלאחר עיבוד. באמצעות בדיקה זו, אנו מוצאים ששימוש באותה טכניקה, כלומר הפכים נסתרים, גם לאפיין מקורות שגיאה בחומרה וגם למתן באמצעות אותה גישה הוא כלי רב עוצמה עבור מחשבים קוונטיים מתקופת NISQ.

► נתוני BibTeX

► הפניות

[1] JJ Wallman and J. Emerson, Physical Review A 94, 052325 (2016), מוציא לאור: American Physical Society.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.94.052325

[2] B. Zhang, S. Majumder, PH Leung, S. Crain, Y. Wang, C. Fang, DM Debroy, J. Kim, and KR Brown, Phys. ר' יישומי 17, 034074 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.17.034074

[3] L. Egan, DM Debroy, C. Noel, A. Risinger, D. Zhu, D. Biswas, M. Newman, M. Li, KR Brown, M. Cetina, and C. Monroe, Nature 598, 281 (2021) .
https: / doi.org/â € ‹10.1038 / s41586-021-03928-y

[4] S. Krinner, N. Lacroix, A. Remm, A. Di Paolo, E. Genois, C. Leroux, C. Hellings, S. Lazar, F. Swiadek, J. Herrmann, GJ Norris, CK Andersen, M. Müller , A. Blais, C. Eichler, and A. Wallraff, Nature 605, 669 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-022-04566-8

[5] C. Ryan-Anderson, J. Bohnet, K. Lee, D. Gresh, A. Hankin, J. Gaebler, D. Francois, A. Chernoguzov, D. Lucchetti, N. Brown, T. Gatterman, S. Halit, K. Gilmore, J. Gerber, B. Neyenhuis, D. Hayes, and R. Stutz, Physical Review X 11, 041058 (2021), מוציא לאור: American Physical Society.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.11.041058

[6] R. Blume-Kohout, JK Gamble, E. Nielsen, J. Mizrahi, JD Sterk, and P. Maunz, arXiv preprint arXiv:1310.4492 (2013).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1310.4492
arXiv: 1310.4492

[7] BR Johnson, MP d. Silva, CA Ryan, S. Kimmel, JM Chow, and TA Ohki, New Journal of Physics 17, 113019 (2015), מוציא לאור: IOP Publishing.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​17/​11/​113019

[8] E. Nielsen, K. Rudinger, T. Proctor, K. Young, and R. Blume-Kohout, New Journal of Physics 23, 093020 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​ac20b9

[9] PD Nation, H. Kang, N. Sundaresan, ו-JM Gambetta, PRX Quantum 2, 040326 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.040326

[10] Y. Kim, CJ Wood, TJ Yoder, ST Merkel, JM Gambetta, K. Temme, and A. Kandala, Nature Physics 10.1038/​s41567-022-01914-3 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41567-022-01914-3

[11] E. Peters, ACY Li ו-GN Perdue, arXiv:2105.08161 [quant-ph] (2021), arXiv: 2105.08161.
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.2105.08161
arXiv: 2105.08161

[12] A. Strikis, D. Qin, Y. Chen, SC Benjamin, and Y. Li, PRX Quantum 2, 040330 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.040330

[13] C. Piveteau, D. Sutter, S. Bravyi, JM Gambetta, and K. Temme, Phys. הכומר לט. 127, 200505 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.200505

[14] R. LaRose, A. Mari, S. Kaiser, PJ Karalekas, AA Alves, P. Czarnik, M. El Mandouh, MH Gordon, Y. Hindy, A. Robertson, P. Thakre, M. Wahl, D. Samuel, R. Mistri, M. Tremblay, N. Gardner, NT Stemen, N. Shammah, and WJ Zeng, Quantum 6, 774 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-08-11-774

[15] S. Zhang, Y. Lu, K. Zhang, W. Chen, Y. Li, J.-N. Zhang, and K. Kim, Nature Communications 11, 587 (2020), arXiv: 1905.10135.
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41467-020-14376-z

[16] P. Czarnik, A. Arrasmith, PJ Coles, and L. Cincio, Quantum 5, 592 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-11-26-592

[17] Y. Suzuki, S. Endo, K. Fujii ו-Y. Tokunaga, PRX Quantum 3, 010345 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.010345

[18] K. Temme, S. Bravyi, ו-JM Gambetta, Phys. הכומר לט. 119, 180509 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.180509

[19] E. vd Berg, ZK Minev, A. Kandala, and K. Temme, arXiv preprint arXiv:2201.09866 (2022).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.2201.09866
arXiv: 2201.09866

[20] V. Leyton-Ortega, S. Majumder, and RC Pooser, Quantum Science and Technology 8, 014008 (2022).
https://doi.org/​10.1088/​2058-9565/​aca92d

[21] K. Yeter-Aydeniz, BT Gard, J. Jakowski, S. Majumder, GS Barron, G. Siopsis, TS Humble, and RC Pooser, Advanced Quantum Technologies 4, 2100012 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1002 / qute.202100012

[22] SM Clark, D. Lobser, MC Revelle, CG Yale, D. Bossert, AD Burch, MN Chow, CW Hogle, M. Ivory, J. Pehr, B. Salzbrenner, D. Stick, W. Sweatt, JM Wilson, E Winrow, and P. Maunz, IEEE Transactions on Quantum Engineering 2, 1 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TQE.2021.3096480

[23] S. Olmschenk, KC Younge, DL Moehring, DN Matsukevich, P. Maunz, and C. Monroe, Phys. ר' א 76, 052314 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.76.052314

[24] P. Maunz, Tech. Rep. SAND2016-0796R 10.2172/​1237003 (2016).
https: / / doi.org/ 10.2172 / 1237003

[25] D. Hayes, DN Matsukevich, P. Maunz, D. Hucul, Q. Quraishi, S. Olmschenk, W. Campbell, J. Mizrahi, C. Senko, and C. Monroe, Phys. הכומר לט. 104, 140501 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.104.140501

[26] S. Debnath, NM Linke, C. Figgatt, KA Landsman, K. Wright, and C. Monroe, Nature 536, 63 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature18648

[27] PJ Lee, K.-A. Brickman, L. Deslauriers, PC Haljan, L.-M. Duan, and C. Monroe, Journal of Optics B: Quantum and Semiclassical Optics 7, S371 (2005).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1464-4266/​7/​10/​025

[28] L. Deslauriers, PC Haljan, PJ Lee, K.-A. בריקמן, BB Blinov, MJ Madsen, ו-C. Monroe, Phys. ר' א 70, 043408 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.70.043408

[29] BCA Morrison, AJ Landahl, DS Lobser, KM Rudinger, AE Russo, JW Van Der Wall ו-P. Maunz, בשנת 2020 IEEE International Conference on Quantum Computing and Engineering (QCE) (2020) עמ' 402–408.
https: / / doi.org/ 10.1109 / QCE49297.2020.00056

[30] D. Lobser, J. Goldberg, A. Landahl, P. Maunz, B. Morrison, K. Rudinger, A. Russo, B. Ruzic, D. Stick, J. Van Der Wall, and SM Clark, Jaqalpaw A guide to הגדרת פולסים וצורות גל עבור jaqal (2021).
https://​/​www.sandia.gov/​app/​uploads/​sites/​174/​2023/​03/​JaqalPaw__A_Guide_to_Defining_Pulses_and_Waveforms_for_Jaqal2.pdf

[31] P. Virtanen, R. Gommers, TE Oliphant, M. Haberland, T. Reddy, D. Cournapeau, E. Burovski, P. Peterson, W. Weckesser, J. Bright, SJ van der Walt, M. Brett, J. Wilson, KJ Millman, N. Mayorov, ARJ Nelson, E. Jones, R. Kern, E. Larson, CJ Carey, İ. Polat, Y. Feng, EW Moore, J. VanderPlas, D. Laxalde, J. Perktold, R. Cimrman, I. Henriksen, EA Quintero, CR Harris, AM Archibald, AH Ribeiro, F. Pedregosa, P. van Mulbregt, ו-SciPy 1.0 Contributors, Nature Methods 17, 261 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41592-019-0686-2

[32] A. McCaskey, ZP Parks, J. Jakowski, SV Moore, TD Morris, TS Humble, ו-RC Pooser, NPJ Quantum Inf 5, 99 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-019-0209-0

[33] NC Rubin, R. Babbush, and J. McClean, New Journal of Physics 20, 053020 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / aab919

[34] DJ Wineland, C. Monroe, WM Itano, D. Leibfried, BE King, and DM Meekhof, Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology 103, 259 (1998).
https: / / doi.org/ 10.6028 / jres.103.019

מצוטט על ידי

[1] He-Liang Huang, Xiao-Yue Xu, Chu Guo, Guojing Tian, ​​Shi-Jie Wei, Xiaoming Sun, Wan-Su Bao, ו-Gui-Lu Long, "טכניקות מחשוב קוונטי לטווח הקרוב: אלגוריתמים קוונטיים משתנים, הפחתת שגיאות, הידור מעגלים, השוואת ביצועים וסימולציה קלאסית", מדע סין פיזיקה, מכניקה ואסטרונומיה 66 5, 250302 (2023).

[2] Zhubing Jia, Shilin Huang, Mingyu Kang, Ke Sun, Robert F. Spivey, Jungsang Kim, וקנת ר. ביקורת גופנית A 107 3, 032617 (2023).

[3] גבריאל סנדזה, ג'וליאנו בננטי ומריה בונדאני, "תיקון שגיאות קוהרנטיות על ידי פעולה אקראית בחומרה קוונטית בפועל", אנטרופי 25 2, 324 (2023).

[4] Mingyu Kang, Ye Wang, Chao Fang, Bichen Zhang, Omid Khosravani, Jungsang Kim, וקנת ר. סקירה פיזית הוחלה 19 1, 014014 (2023).

[5] Ashlyn D. Burch, Daniel S. Lobser, Christopher G. Yale, Jay W. Van Der Wall, Oliver G. Maupin, Joshua D. Goldberg, Matthew NH Chow, Melissa C. Revelle, and Susan M. Clark, "מעגלי אצווה להפחתת קומפילציה בחומרת בקרת קוונטים", arXiv: 2208.00076, (2022).

הציטוטים לעיל הם מ- מודעות SAO / NASA (עודכן לאחרונה בהצלחה 2023-05-16 13:02:44). הרשימה עשויה להיות שלמה מכיוון שלא כל בעלי האתרים מספקים נתוני ציטוט ראויים ומלאים.

On השירות המוזכר של קרוסרף לא נמצאו נתונים על ציטוט עבודות (ניסיון אחרון 2023-05-16 13:02:43)

מאמר זה מתפרסם בקוונטים תחת התקציב ייחוס Creative Commons 4.0 הבינלאומי (CC BY 4.0) רישיון. זכויות יוצרים נשארות עם בעלי זכויות היוצרים המקוריים כמו המחברים או מוסדותיהם.

בול זמן:

עוד מ יומן קוונטים