סימולציה קוונטית אנלוגית עם קוביטים טרנסמונים בתדר קבוע

סימולציה קוונטית אנלוגית עם קוביטים טרנסמונים בתדר קבוע

שון גרינאווי1, אדם סמית2,3, פלוריאן מינטרט1,4, ודניאל מאלץ5,6

1המחלקה לפיזיקה, מעבדת בלאקט, אימפריאל קולג 'בלונדון, פרינס קונסורט רואד, SW7 2BW, בריטניה
2בית הספר לפיזיקה ואסטרונומיה, אוניברסיטת נוטינגהאם, נוטינגהאם, NG7 2RD, בריטניה
3המרכז למתמטיקה ולפיזיקה תיאורטית של מערכות קוונטיות שאינן שיווי משקל, אוניברסיטת נוטינגהאם, נוטינגהאם, NG7 2RD, בריטניה
4Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Bautzner Landstraße 400, 01328 Dresden, Germany
5Max-Planck-Institute of Quantum Optics, Hans-Kopfermann-Str. 1, 85748 Garching, גרמניה
6המחלקה לפיזיקה, Technische Universität München, James-Franck-Straße 1, 85748 Garching, גרמניה

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

תַקצִיר

אנו מעריכים בניסוי את התאמתם של קיוביטים טרנסמונים עם תדרים קבועים ואינטראקציות קבועות למימוש הדמיות קוונטיות אנלוגיות של מערכות ספין. אנו בודקים קבוצה של קריטריונים הכרחיים למטרה זו על מעבד קוונטי מסחרי באמצעות טומוגרפיה של תהליך קוונטי מלא וטומוגרפיה המילטון יעילה יותר. שגיאות קיוביט בודדות משמעותיות באמפליטודות נמוכות מזוהות כגורם מגביל המונע מימוש של סימולציות אנלוגיות במכשירים הזמינים כעת. בנוסף, אנו מוצאים דינמיקה מזויפת בהיעדר פולסי כונן, שאנו מזהים עם צימוד קוהרנטי בין הקיוביט לבין סביבה בעלת ממדים נמוכים. עם שיפורים מתונים, סימולציה אנלוגית של משפחה עשירה של המילטון ספין מרובה-גוף תלוי בזמן.

► נתוני BibTeX

► הפניות

[1] ליאוניד V. Abdurakhimov, Imran Mahboob, Hiraku Toida, Kosuke Kakuyanagi, Yuichiro Matsuzaki, Shiro Saito. זיהוי סוגים שונים של פגמים בתדר גבוה בקיוביטים מוליכים-על. PRX Quantum, 3: 040332, דצמבר 2022. 10.1103/​PRXQuantum.3.040332. כתובת אתר 10.1103/​PRXQuantum.3.040332.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.040332

[2] MD SAJID ANIS, Abby-Mitchell, Héctor Abraham, AduOffei, Rochisha Agarwal, Gabriele Agliardi, Merav Aharoni, Vishnu Ajith, Ismail Yunus Akhalwaya, Gadi Aleksandrowicz, et al. ניסויי Qiskit, זמינים בכתובת github.com/​qiskit/​qiskit-experiments. כתובת האתר https://github.com/​Qiskit/​qiskit-experiments.git.
https://​/​github.com/​Qiskit/​qiskit-experiments.git

[3] MD SAJID ANIS, Abby-Mitchell, Héctor Abraham, AduOffei, Rochisha Agarwal, Gabriele Agliardi, Merav Aharoni, Vishnu Ajith, Ismail Yunus Akhalwaya, Gadi Aleksandrowicz, et al. Qiskit: מסגרת קוד פתוח עבור מחשוב קוונטי, 2021.

[4] פרנק ארוט, קונאל אריה, ראיין בבוש, דייב בייקון, ג'וזף סי ברדין, רמי בארנדס, רופק ביזוואז, סרחיו בויצו, פרננדו GSL ברנדאו, דייוויד אואל, ואח '. עליונות קוונטית באמצעות מעבד מוליך-על לתכנות. טבע, 574 (7779): 505–510, 2019. 10.1038 / s41586-019-1666-5.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-019-1666-5

[5] Rami Barends, Alireza Shabani, Lucas Lamata, Julian Kelly, Antonio Mezzacapo, U Las Heras, Ryan Babbush, Austin G Fowler, Brooks Campbell, Yu Chen, ועוד. מחשוב קוונטי אדיאבטי דיגיטלי עם מעגל מוליך-על. טבע, 534 (7606): 222–226, 2016. 10.1038/​nature17658.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature17658

[6] אלכסנדר בלייס, סטיבן מ. ג'ירווין וויליאם ד אוליבר. עיבוד מידע קוונטי ואופטיקה קוונטית עם אלקטרודינמיקה קוונטית במעגל. נאט. Phys., 16 (3): 247–256, 2020. 10.1038/​s41567-020-0806-z.
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41567-020-0806-z

[7] ריינר בלאט וכריסטיאן פ רוס. הדמיות קוונטיות עם יונים לכודים. נאט. Phys., 8 (4): 277–284, 2012. 10.1038/​nphys2252.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys2252

[8] אנטואן ברואייס ותיירי להאיי. פיזיקה של גופים רבים עם אטומי רידברג הנשלטים בנפרד. נאט. Phys., 16 (2): 132–142, 2020. 10.1038/​s41567-019-0733-z.
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41567-019-0733-z

[9] ג'רי מ' צ'או, אנטוניו ד' קורקולס, ג'יי מ' גמבטה, צ'אד ריגטי, בלייק אר ג'ונסון, ג'ון א. סמולין, ג'ים אר רוזן, ג'ורג' א. קיף, מרי בי רות'וול, מארק בי קטשן ועוד. שער פשוט מסתבך כולו במיקרוגל עבור קיוביטים מוליכים-על בתדר קבוע. פיזי. Rev. Lett., 107 (8): 080502, 2011. 10.1103/​PhysRevLett.107.080502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.107.080502

[10] ג'יי איגנסיו סירק ופיטר צולר. מטרות והזדמנויות בסימולציה קוונטית. נאט. Phys., 8 (4): 264–266, 2012. 10.1038/​nphys2275.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys2275

[11] SE de Graaf, L Faoro, LB Ioffe, S Mahashabde, JJ Burnett, T Lindström, SE Kubatkin, AV Danilov, and A Ya Tzalenchuk. מערכות דו-מפלסיות במכשירים קוונטיים מוליכי-על עקב קוואזי-חלקיקים לכודים. Sci. עו"ד, 6 (51): eabc5055, 2020. 10.1126/​sciadv.abc5055.
https:/​/​doi.org/​10.1126/​sciadv.abc5055

[12] דייוויד פ.דיווינצ'נזו. היישום הפיזי של חישוב קוונטי. Fortschr. Phys., 48 (9-11): 771–783, 2000. 10.1002/​1521-3978(200009)48:9/​11<771::AID-PROP771>3.0.CO;2-E.
<a href="https://doi.org/10.1002/1521-3978(200009)48:9/113.0.CO;2-E”>https:/​/​doi.org/​10.1002/​1521-3978(200009)48:9/​11<771::AID-PROP771>3.0.CO;2-E

[13] Yuqian Dong, Yong Li, Wen Zheng, Yu Zhang, Zhuang Ma, Xinsheng Tan, Yang Yu. מדידת דיפוזיה של קוואזי-חלקיקים בקוביט טרנסמון מוליך-על. יישום Sci., 12 (17): 8461, 2022. 10.3390/​app12178461.
https://doi.org/​10.3390/​app12178461

[14] מנואל אנדרס, מארק צ'נו, טאקשי פוקוהרה, כריסטוף וייטנברג, פיטר שאוס, כריסטיאן גרוס, ליאונרדו מצא, מארי כרמן בנולס, ל. פולט, עמנואל בלוך ועוד. תצפית על זוגות חלקיקים-חורים וסדר המיתרים בקורלציה במבודדי Mott במימד נמוך. Science, 334 (6053): 200–203, 2011. 10.1126/​science.1209284.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1209284

[15] יוליה מ' ג'ורג'סקו, סאהל אשאב ופרנקו נורי. הדמיית קוונטים. כומר מוד. Phys., 86 (1): 153, 2014. 10.1103/​RevModPhys.86.153.
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.153

[16] דניאל גרייף, תומס אוהלינגר, גרגור יוצו, לטיסיה טארואל וטילמן אסלינגר. מגנטיות קוונטית לטווח קצר של פרמיונים קרים במיוחד בסריג אופטי. Science, 340 (6138): 1307–1310, 2013. 10.1126/​science.1236362.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1236362

[17] מרקוס גריינר, אולף מנדל, טילמן אסלינגר, תיאודור וו הנש ועמנואל בלוך. מעבר פאזה קוונטי מ-Super-נוזל למבודד Mott בגז של אטומים קרים במיוחד. טבע, 415 (6867): 39–44, 2002. 10.1038/​415039a.
https: / / doi.org/ 10.1038 / 415039a

[18] מייקל ג'יי הרטמן. הדמיית קוונטים עם פוטונים באינטראקציה. J. Opt., 18 (10): 104005, 2016. 10.1088/​2040-8978/​18/​10/​104005.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​2040-8978/​18/​10/​104005

[19] מייקל ג'יי הרטמן, פרננדו GSL ברנדאו ומרטין ב' פלניו. תופעות קוונטיות של גוף רב במערכי חללים מצמודים. Laser Photonics Rev., 2 (6): 527–556, 2008. 10.1002/​lpor.200810046.
https: / / doi.org/ 10.1002 / lpor.200810046

[20] אנדרו א הוק, האקן אי טורצ'י וג'נס קוך. הדמיית קוונטים על-שבב עם מעגלים מוליכים. נאט. Phys., 8 (4): 292–299, 2012. 10.1038/​nphys2251.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys2251

[21] Manik Kapil, Bikash K Behera, ו-Prasanta K Panigrahi. סימולציה קוונטית של משוואת קליין גורדון ותצפית על פרדוקס klein במחשב הקוונטי של IBM. arXiv preprint arXiv:1807.00521, 2018. 10.48550/​arXiv.1807.00521.
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1807.00521
arXiv: 1807.00521

[22] דניאל קוך, ברט מרטין, סאהיל פאטל, לורה ווסינג ופול מ' אלסינג. הדגמת אתגרי עידן NISQ בעיצוב אלגוריתמים במחשב הקוונטי של יבמ בנפח 20 קיוביטים. עו"ד AIP, 10 (9): 095101, 2020. 10.1063/​5.0015526.
https: / / doi.org/ 10.1063 / 5.0015526

[23] פיליפ קרנץ, מורטן קיארגארד, פיי יאן, טרי פ אורלנדו, סיימון גוסטבסון וויליאם ד אוליבר. מדריך מהנדס קוונטי לקיוביטים מוליכים-על. יישום פיזי. Rev., 6 (2): 021318, 2019. 10.1063/​1.5089550.
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.5089550

[24] Ben P Lanyon, Cornelius Hempel, Daniel Nigg, Markus Müller, Rene Gerritsma, F Zähringer, Philipp Schindler, Julio T Barreiro, Markus Rambach, Gerhard Kirchmair, et al. הדמיית קוונטים דיגיטלית אוניברסלית עם יונים לכודים. Science, 334 (6052): 57–61, 2011. 10.1126/​science.1208001.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1208001

[25] Zhi Li, Liujun Zou, ו- Timothy H Hsieh. טומוגרפיה המילטון באמצעות כיבוי קוונטים. פיזי. Rev. Lett., 124 (16): 160502, 2020. 10.1103/​PhysRevLett.124.160502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.124.160502

[26] Jin Lin, Fu-Tian Liang, Yu Xu, Li-Hua Sun, Cheng Guo, Sheng-Kai Liao, and Cheng-Zhi Peng. מחולל צורות גל שרירותי ניתן להרחבה וניתן להתאמה אישית עבור מחשוב קוונטי מוליך-על. עו"ד AIP, 9 (11): 115309, 2019. 10.1063/​1.5120299.
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.5120299

[27] יורגן ליסנפלד, גריגוריג' ג'יי גרבובסקי, קלמנס מולר, ג'ארד ה' קול, גיאורג וייס ואלכסיי אוסטינוב. התבוננות במערכות קוהרנטיות דו-מפלסיות המקיימות אינטראקציה ישירה בחומר אמורפי. נאט. Commun., 6 (1): 1–6, 2015. 10.1038/​ncomms7182.
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms7182

[28] סת לויד. סימולטורים קוונטיים אוניברסליים. מדע, 273 (5278): 1073–1078, 1996. 10.1126 / science.273.5278.1073.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.273.5278.1073

[29] Ruichao Ma, Clai Owens, Aman LaChapelle, David I Schuster, and Jonathan Simon. טומוגרפיה המילטון של סריג פוטוני. פיזי. Rev. A, 95 (6): 062120, 2017. 10.1103/​PhysRevA.95.062120.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.95.062120

[30] Moein Malekakhlagh, Easwar Magesan, and David C McKay. ניתוח עקרונות ראשונים של פעולת שער צולב תהודה. פיזי. Rev. A, 102 (4): 042605, 2020. 10.1103/​PhysRevA.102.042605.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.102.042605

[31] דניאל מאלץ ואדם סמית. סריג Floquet דו מימדי טופולוגי על קיוביט מוליך-על יחיד. פיזי. Rev. Lett., 126 (16): 163602, 2021. 10.1103/​PhysRevLett.126.163602.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.163602

[32] מאט מקיוון, לארה פאורו, קונאל אריה, אנדרו דנסוורת', טרנט הואנג, סון קים, בריאן בורקט, אוסטין פאולר, פרנק ארוט, ג'וזף סי ברדין ועוד. פתרון פרצי שגיאה קטסטרופליים מקרניים קוסמיות במערכים גדולים של קיוביטים מוליכים-על. נאט. Phys., 18 (1): 107–111, 2022. 10.1038/​s41567-021-01432-8.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41567-021-01432-8

[33] M Müller, Klemens Hammerer, YL Zhou, Christian F Roos ו-P Zoller. הדמיית מערכות קוונטיות פתוחות: מאינטראקציות של הרבה גוף ועד לשאיבת מייצב. New Journal of Physics, 13 (8): 085007, 2011. 10.1088/​1367-2630/​13/​8/​085007.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​13/​8/​085007

[34] ניקולה פנקוטי, ג'אקומו ג'ודיצ'ה, ג'יי איגנסיו סירק, חואן פ גארהאן ומארי כרמן בנולס. מודל מזרח קוונטי: לוקליזציה, מצבים עצמיים לא תרמיים ודינמיקה איטית. פיזי. Rev. X, 10 (2): 021051, 2020. 10.1103/​PhysRevX.10.021051.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.10.021051

[35] Xinhua Peng, Jiangfeng Du ודיטר סוטר. מעבר פאזה קוונטי של הסתבכות מצב קרקע בשרשרת ספין של הייזנברג המדומה במחשב קוונטי NMR. פיזי. Rev. A, 71 (1): 012307, 2005. 10.1103/​PhysRevA.71.012307.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.71.012307

[36] ג'ון פרסקיל. מחשוב קוונטי בעידן NISQ ומחוצה לה. קוונטית, 2: 79, 2018. 10.22331 / q-2018-08-06-79.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2018-08-06-79

[37] צ'אד ריגטי ומישל דבורט. שערים אוניברסליים הניתנים לכוונון מלא במיקרוגל בקיוביטים מוליכים-על עם צימודים לינאריים ותדרי מעבר קבועים. פיזי. Rev. B, 81 (13): 134507, 2010. 10.1103/​PhysRevB.81.134507.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.81.134507

[38] Pedram Roushan, Charles Neill, J Tangpanitanon, Victor M Bastidas, A Megrant, Rami Barends, Yu Chen, Z Chen, B Chiaro, A Dunsworth, et al. חתימות ספקטרוסקופיות של לוקליזציה עם פוטונים המקיימים אינטראקציה בקיוביטים מוליכים-על. Science, 358 (6367): 1175–1179, 2017. 10.1126/​science.aao1401.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.aao1401

[39] שרה שלדון, Easwar Magesan, ג'רי M Chow וג'יי M Gambetta. נוהל לכוונון שיטתי של דיבור צולב בשער התהודה הצולבת. פיזי. Rev. A, 93 (6): 060302(R), 2016. 10.1103/​PhysRevA.93.060302.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.93.060302

[40] אדם סמית', מ.ס. קים, פרנק פולמן, ויוהנס קנול. הדמיית דינמיקה קוונטית של הרבה גוף במחשב קוונטי דיגיטלי נוכחי. npj Quantum Inf., 5 (1): 1–13, 2019. 10.1038/​s41534-019-0217-0.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-019-0217-0

[41] וינאי טריפאטי, מוסטפה חזרי ואלכסנדר נ' קורוטקוב. תפעול ותקציב שגיאות מהותי של שער תהודה צולבת של שני קיוביטים. פיזי. Rev. A, 100 (1): 012301, 2019. 10.1103/​PhysRevA.100.012301.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.012301

[42] הייל פ טרוטר. על תוצר של קבוצות למחצה של מפעילים. Proceedings of the American Mathematical Society, 10 (4): 545–551, 1959. 10.2307/​2033649.
https: / / doi.org/ 10.2307 / 2033649

[43] יוסף ווברוש ויוהנס קנול. דינמיקה של כליאה והסתבכות במחשב קוונטי דיגיטלי. Sci. Rep., 11 (1): 1–8, 2021. 10.1038/​s41598-021-90849-5.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41598-021-90849-5

[44] Joseph Vovrosh, Kiran E Khosla, Sean Greenaway, Christopher Self, Myungshik S Kim, and Johannes Knolle. הפחתה פשוטה של ​​שגיאות דה-פולריזציה גלובליות בסימולציות קוונטיות. פיזי. Rev. E, 104 (3): 035309, 2021. 10.1103/​PhysRevE.104.035309.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.104.035309

[45] שנג-טאו וואנג, דונג-לינג דנג ולו-מינג דואן. טומוגרפיה המילטון למערכות מרובות גוף קוונטיות עם צימודים שרירותיים. New J. Phys., 17 (9): 093017, 2015. 10.1088/​1367-2630/​17/​9/​093017.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​17/​9/​093017

[46] סמואל א' ווילקינסון ומייקל ג'יי הרטמן. מוליכי-על קוונטיים מעגלים מרובי-גוף לסימולציה קוונטית ומחשוב. יישום פיזי. Lett., 116 (23): 230501, 2020. 10.1063/​5.0008202.
https: / / doi.org/ 10.1063 / 5.0008202

[47] Xinyuan You, Ziwen Huang, Ugur Alyanak, Alexander Romanenko, Anna Grassellino, and Shaojiang Zhu. ייצוב ושיפור קוהרנטיות קוביט על ידי הנדסת ספקטרום הרעש של מערכות דו-מפלסיות. פיזי. Rev. Applied, 18 (4): 044026, 2022. 10.1103/​PhysRevApplied.18.044026.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.18.044026

[48] Qingling Zhu, Zheng-Hang Sun, Ming Gong, Fusheng Chen, Yu-Ran Zhang, Yulin Wu, Yangsen Ye, Chen Zha, Shaowei Li, Shaojun Guo, ועוד. תצפית על תרמליזציה וערבול מידע במעבד קוונטי מוליך-על. פיזי. Rev. Lett., 128 (16): 160502, 2022. 10.1103/​PhysRevLett.128.160502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.160502

מצוטט על ידי

[1] נאוקי קנזאווה, דניאל איגר, יעל בן חיים, הלנה ג'אנג, וויליאם שאנקס, גדי אלכסנדרוביץ' וכריסטופר ווד, "ניסויי Qiskit: חבילת פייתון לאפיון וכיול מחשבים קוונטיים", The Journal of Open Source Software 8 84, 5329 (2023).

[2] Yuxiang Peng, Jacob Young, Pengyu Liu ושיאודי וו, "SimuQ: A Framework for Programming Simulation Quantum Hamiltonian with Compilation Analog", arXiv: 2303.02775, (2023).

הציטוטים לעיל הם מ- מודעות SAO / NASA (עודכן לאחרונה בהצלחה 2024-02-22 13:05:17). הרשימה עשויה להיות שלמה מכיוון שלא כל בעלי האתרים מספקים נתוני ציטוט ראויים ומלאים.

לא ניתן היה להביא נתונים מצוטטים על ידי קרוסרף במהלך ניסיון אחרון 2024-02-22 13:05:15: לא ניתן היה להביא נתונים שהובאו עבור 10.22331 / q-2024-02-22-1263 מקרוסרף. זה נורמלי אם ה- DOI נרשם לאחרונה.

בול זמן:

עוד מ יומן קוונטים