קביעת היכולת של מחשוב קוונטי אוניברסלי: בדיקת יכולת שליטה באמצעות ביטוי מימד

קביעת היכולת של מחשוב קוונטי אוניברסלי: בדיקת יכולת שליטה באמצעות ביטוי מימד

חותמת זמן: 21 בדצמבר, 2023 7:24

פרננדו גאגו-אנצינאס1, טוביאס הרטונג2,3, דניאל מ. רייך1, קארל יאנסן4, וכריסטיאן פ. קוך1

1Fachbereich Physik and Dahlem Center for Complex Systems Quantum Systems, Freie Universität Berlin, Arnimallee 14, 14195 Berlin, Germany
2Northeastern University London, Devon House, St Katharine Docks, לונדון, E1W 1LP, בריטניה
3Khoury College of Computer Sciences, Northeastern University, 440 Huntington Avenue, 202 West Village H Boston, MA 02115, USA
4NIC, DESY Zeuthen, Platanenallee 6, 15738 Zeuthen, גרמניה

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

תַקצִיר

יכולת שליטה אופרטור מתייחסת ליכולת ליישם יחידה שרירותית ב-SU(N) והיא תנאי מוקדם למחשוב קוונטי אוניברסלי. ניתן להשתמש במבחני שליטה בתכנון של התקנים קוונטיים כדי להפחית את מספר הבקרים החיצוניים. השימוש המעשי שלהם מפריע, עם זאת, על ידי קנה המידה האקספוננציאלי של המאמץ המספרי שלהם עם מספר הקיוביטים. כאן, אנו מתכננים אלגוריתם קוונטי-קלאסי היברידי המבוסס על מעגל קוונטי פרמטרי. אנו מראים כי יכולת השליטה קשורה למספר הפרמטרים הבלתי תלויים, שניתן להשיג על ידי ניתוח ביטוי ממדי. אנו מדגימים את היישום של האלגוריתם על מערכי קיוביט עם צימודים של השכנים הקרובים ביותר ובקרות מקומיות. העבודה שלנו מספקת גישה שיטתית לתכנון חסכוני במשאבים של שבבים קוונטיים.

קביעת היכולת של מחשוב קוונטי אוניברסלי: בדיקת יכולת שליטה באמצעות ביטוי ממד של PlatoBlockchain Data Intelligence. חיפוש אנכי. איי.

תמונה מוצגת: שכבה בודדת של המעגל הקוונטי הפרמטרי שנועד לבדוק את יכולת השליטה של ​​המפעיל על מערך קיוביט עם פקדים מקומיים.

סיכום פופולרי

יכולת השליטה אומרת לנו אם אנחנו יכולים ליישם כל פעולה יחידה אפשרית על מערכת קוונטית עם שדות בקרה שאנחנו יכולים לשנות כפונקציה של זמן. תכונה זו חשובה עבור מערכי qubit, שכן מחשוב קוונטי אוניברסלי דורש התקן שיכול לממש כל פעולה לוגית קוונטית. מכיוון שכל שדה בקרה תופס מקום פיזי, דורש כיול והוא עשוי להיות מקור רעש, חיוני למצוא עיצובי מכשירים עם כמה שפחות בקרות וצימודי קיוביט, ככל שהמכשירים הקוונטיים גדלים. מבחני שליטה יכולים לעזור לנו להשיג מטרה זו.

כאן אנו מציגים מבחן קוונטי-קלאסי היברידי המשלב מדידות במכשיר קוונטי וחישובים קלאסיים. האלגוריתם שלנו מבוסס על הרעיון של מעגלים קוונטיים פרמטריים, המקביל הקוונטי של מעגלים בוליאניים שבהם חלק מהשערים הלוגיים תלויים בפרמטרים שונים. אנו ממנפים ניתוח ביטוי ממדי כדי לזהות את כל הפרמטרים במעגל שהם מיותרים וניתנים להסרה. אנו מראים שלכל מערך קוויביט, ניתן להגדיר מעגל קוונטי פרמטרי כך שמספר הפרמטרים הבלתי תלויים משקף את יכולת השליטה של ​​המערכת הקוונטית המקורית.

אנו מקווים כי בדיקה זו תספק כלי שימושי לחקר המעגלים הללו ולתכנון התקני קוונטים הניתנים לשליטה שניתן להתאים לממדים גדולים יותר.

► נתוני BibTeX

► הפניות

[1] מייקל א נילסן ואייזק ל צ'ואנג. "חישוב קוונטי ומידע קוונטי". עיתונות אוניברסיטת קיימברידג'. (2010).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511976667

[2] פיליפ קרנץ, מורטן קיארגארד, פיי יאן, טרי פ אורלנדו, סיימון גוסטבסון וויליאם ד אוליבר. "מדריך של מהנדס קוונטי לקיוביטים מוליכים-על". ביקורות על פיזיקה יישומית 6 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.5089550

[3] חואן חוסה גרסיה-ריפול. "מידע קוונטי ואופטיקה קוונטית עם מעגלים מוליכים". הוצאת אוניברסיטת קיימברידג'. (2022).
https: / / doi.org/ 10.1017 / 9781316779460

[4] פרננדו גאגו-אנצינאס, מוניקה לייבשר וכריסטיאן קוך. "מבחן גרף של שליטה במערכי קיוביט: דרך שיטתית לקבוע את המספר המינימלי של בקרות חיצוניות". Quantum Science and Technology 8, 045002 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​2058-9565/​ace1a4

[5] דומניקו ד'אלסנדרו. "מבוא לבקרת קוואנטים ודינמיקה". לחץ על CRC. (2021).
https: / / doi.org/ 10.1201 / 9781003051268

[6] כריסטיאן פ. קוך, אוגו בוסקיין, טומאסו קלארקו, גונתר דיר, סטפן פיליפ, סטפן ג'יי גלזר, רוני קוסלוף, סימון מונטנג'רו, תומאס שולטה-הרברוגן, דומיניק סוגני ופרנק ק. וילהלם. "שליטה קוונטית אופטימלית בטכנולוגיות קוונטיות. דו"ח אסטרטגי על המצב הנוכחי, חזונות ויעדים למחקר באירופה". EPJ Quantum Technol. 9, 19 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1140/​epjqt/​s40507-022-00138-x

[7] Steffen J. Glaser, Ugo Boscain, Tommaso Calarco, Christiane P. Koch, Walter Köckenberger, Ronnie Kosloff, Ilya Kuprov, Burkard Luy, Sophie Shirmer, Thomas Schulte-Herbrüggen, D. Sugny, ופרנק ק. וילהלם. "אימון החתול של שרדינגר: שליטה קוונטית אופטימלית. דו"ח אסטרטגי על המצב הנוכחי, חזונות ויעדים למחקר באירופה". EPJ D 69, 279 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1140 / epjd / e2015-60464-1

[8] פרנצ'סקה אלברטיני ודומניקו ד'אלסנדרו. "מבנה אלגברת השקר ויכולת השליטה של ​​מערכות ספין". אלגברה לינארית ויישומיה 350, 213–235 (2002).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​S0024-3795(02)00290-2

[9] U. Boscain, M. Caponigro, T. Chambrion, and M. Sigalotti. "מצב ספקטרלי חלש לשליטה של ​​משוואת שרדינגר הבילינארית עם יישום לבקרה של מולקולה מישורית מסתובבת". Comm. מתמטיקה. פיזי. 311, 423–455 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1007 / s00220-012-1441-z

[10] אוגו בוסקיין, מרקו קאפוניגרו ומריו סיגלוטי. "משוואת שרדינגר מרובת קלט: יכולת שליטה, מעקב ויישום על התנע הזוויתי הקוונטי". Journal of Differential Equations 256, 3524–3551 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​j.jde.2014.02.004

[11] SG Schirmer, H. Fu, ו-AI Solomon. "יכולת שליטה מלאה של מערכות קוונטיות". פיזי. ר' א 63, 063410 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.63.063410

[12] H Fu, SG Schirmer, ו-AI Solomon. "יכולת שליטה מלאה של מערכות קוונטיות ברמה סופית". כתב עת לפיזיקה א': מתמטי וכללי 34, 1679 (2001).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​34/​8/​313

[13] קלאודיו אלטפיני. "יכולת שליטה של ​​מערכות מכניות קוונטיות על ידי פירוק מרחב שורש של su(n)". Journal of Mathematical Physics 43, 2051–2062 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.1467611

[14] יוג'ניו פוזולי, מוניקה לייבשר, מריו סיגלוטי, אוגו בוסיין וכריסטיאן פ. קוך. "אלגברת שקר עבור תת-מערכות סיבוביות של חלק עליון א-סימטרי מונע". J. Phys. ת: מתמטיקה. אור. 55, 215301 (2022).
https://doi.org/​10.1088/​1751-8121/​ac631d

[15] תומאס שאמבריון, פאולו מייסון, מריו סיגלוטי ואוגו בוסיין. "יכולת שליטה של ​​משוואת שרדינגר בספקטרום דיסקרטי המונעת על ידי שדה חיצוני". Annales de l'Institut Henri Poincaré C 26, 329–349 (2009).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​j.anihpc.2008.05.001

[16] Nabile Bousaïd, Marco Caponigro, ותומאס Chambrion. "מערכות משולבות חלש בשליטה קוונטית". IEEE טרנס. אוטומטי. בקרת 58, 2205–2216 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TAC.2013.2255948

[17] מוניקה לייבשר, יוג'ניו פוזולי, כריסטובל פרז, מלאני שנל, מריו סיגלוטי, אוגו בוסקיין וכריסטיאן פ. קוך. "שליטה קוונטית מלאה של העברת מצב סלקטיבי אננטיומר במולקולות כיראליות למרות ניוון". תקשורת פיזיקה 5, 1–16 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s42005-022-00883-6

[18] אלברטו פרוצו, ג'רוד מקלין, פיטר שדבולט, מאן-הונג יונג, שיאו-צ'י ז'ו, פיטר ג'יי לאב, אלן אספורו-גוזיק וג'רמי ל אובריאן. "פותר ערכים עצמיים וריאציות במעבד קוונטי פוטוני". תקשורת טבע 5, 4213 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms5213

[19] ג'רוד אר מקלין, ג'ונתן רומרו, ריאן בבוש ואלן אספורו-גוזיק. "התיאוריה של אלגוריתמים קוונטיים-קלאסיים היברידיים וריאציות". New Journal of Physics 18, 023023 (2016).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​18/​2/​023023

[20] ג'ון פרסקיל. "מחשוב קוונטי בעידן ה-nisq ומעבר לו". Quantum 2, 79 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2018-08-06-79

[21] לנה פונקה, טוביאס הרטונג, קארל יאנסן, סטפן קון ופאולו סטורנאטי. "ניתוח ביטוי ממדי של מעגלים קוונטיים פרמטריים". Quantum 5, 422 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-03-29-422

[22] לנה פונקה, טוביאס הרטונג, קארל יאנסן, סטפן קון, מנואל שניידר ופאולו סטורנאטי. "ניתוח ביטוי ממדי, שגיאות בקירוב הטוב ביותר ותכנון אוטומטי של מעגלים קוונטיים פרמטריים" (2021).

[23] קלאודיו אלטפיני. "יכולת שליטה של ​​מערכות מכניות קוונטיות על ידי פירוק מרחב שורש של su (n)". Journal of Mathematical Physics 43, 2051–2062 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.1467611

[24] פרנצ'סקה אלברטיני ודומניקו ד'אלסנדרו. "מושגים של שליטה במערכות קוונטיות ביליניאריות רב-שכבתיות". IEEE Transactions on Automatic Control 48, 1399–1403 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TAC.2003.815027

[25] SG Schirmer, ICH Pullen, ו-AI Solomon. "זיהוי של אלגברות שקר דינמיות עבור מערכות בקרה קוונטית ברמה סופית". כתב עת לפיזיקה א': מתמטי וכללי 35, 2327 (2002).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​35/​9/​319

[26] מרקו סרזו, אנדרו אראסמית', ריאן באבוש, סיימון סי בנג'מין, סוגורו אנדו, קייסוקה פוג'י, ג'רוד אר מקלין, קוסוקה מיטראי, שיאו יואן, לוקאש צ'ינסיו ועוד. "אלגוריתמים קוונטיים וריאציוניים". Nature Reviews Physics 3, 625–644 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s42254-021-00348-9

[27] סוקין סים, פיטר די ג'ונסון ואלן אספורו-גוזיק. "יכולת ביטוי והסתבכות של מעגלים קוונטיים עם פרמטרים עבור אלגוריתמים קוונטיים-קלאסיים היברידיים". Advanced Quantum Technologies 2, 1900070 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1002 / qute.201900070

[28] לוקאס פרידריך ויונאס מז'ירו. "תלות ריכוז פונקציית העלות הקוונטית בביטויי הפרמטריזציה" (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41598-023-37003-5

[29] ג'ון מ.לי וג'ון מ.לי. "סעפות חלקות". ספרינגר. (2012).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-1-4419-9982-5_1

[30] מורטן קיארגארד, מולי אי שוורץ, ג'וכן בראומולר, פיליפ קרנץ, ג'ואל אי.ג'יי וואנג, סיימון גוסטבסון וויליאם ד' אוליבר. "קיוביטים מוליכים-על: מצב המשחק הנוכחי". סקירה שנתית של פיזיקה של החומר המעובה 11, 369–395 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1146 / annurev-conmatphys-031119-050605

[31] מאן-דואן צ'וי. "מפות ליניאריות חיוביות לחלוטין על מטריצות מורכבות". אלגברה לינארית ויישומיה 10, 285–290 (1975).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0024-3795(75)90075-0

[32] אנדז'יי ג'מיולקובסקי. "טרנספורמציות ליניאריות המשמרות עקבות וחצי מוגדרות חיובית של אופרטורים". Reports on Mathematical Physics 3, 275–278 (1972).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0034-4877(72)90011-0

[33] סת לויד, מסעוד מוחסני ופטריק רבנטרוס. "ניתוח רכיבים עיקריים קוונטיים". טבע פיזיקה 10, 631–633 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys3029

[34] Min Jiang, Shunlong Luo ו-Shuangshuang Fu. "דואליות ערוץ-מצב". סקירה פיזית 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, and Mohan Sarovar. "מפולסים למעגלים ובחזרה: פרספקטיבה אופטימלית של בקרה קוונטית על אלגוריתמים קוונטיים וריאציות". PRX Quantum 2, 010101 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.010101

[36] ניקולס וויטלר, פדריקו רוי, קווין פאק, מקס ורנינגהאוס, אנורג סאה רוי, דניאל ג'יי איגר, סטפן פיליפ, פרנק ק. וילהלם ושי מכנס. "סט כלים משולב לבקרה, כיול ואפיון של התקנים קוונטיים המיושמים על קיוביטים מוליכים-על". פיזי. Rev. Appl. 15, 034080 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.15.034080

[37] ג'ונתן Z Lu, Rodrigo A Bravo, Kaiying Hou, Gebremedhin A Dagnew, Susanne F Yelin, and Khadijeh Najafi. "לימוד סימטריות קוונטיות עם אלגוריתמים וריאציות קוונטיים-קלאסיים אינטראקטיביים" (2023).

[38] אלישיה דוטקייביץ', תומס אי אובריאן ותומס שוסטר. "היתרון של שליטה קוונטית בלמידה המילטונית בגוף רבים" (2023).

[39] Rongxin Xia ו-Saber Kais. "Qubit combined Cluster Singles and Doubles Variational Solver Egensolver quantum ansatz עבור חישובי מבנה אלקטרוני". Quantum Science and Technology 6, 015001 (2020).
https://doi.org/​10.1088/​2058-9565/​abbc74

[40] Abhinav Kandala, Antonio Mezzacapo, Kristan Temme, Maika Takita, Markus Brink, Jerry M Chow, and Jay M Gambetta. "פותר עצמי קוונטי וריאציאלי יעיל בחומרה עבור מולקולות קטנות ומגנטים קוונטיים". טבע 549, 242–246 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature23879

[41] פאולין ג'יי אוליטרו, אלכסנדר מייסן ואיבנו טברנלי. "דינמיקה קוונטית מולקולרית: פרספקטיבה של מחשוב קוונטי". חשבונות מחקר כימי 54, 4229–4238 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1021/​acs.accounts.1c00514

מצוטט על ידי

לא ניתן היה להביא נתונים מצוטטים על ידי קרוסרף במהלך הניסיון האחרון 2023-12-21 12:25:23: לא ניתן היה להביא נתונים שהובאו עבור 10.22331 / q-2023-12-21-1214 מ- Crossref. זה נורמלי אם ה- DOI נרשם לאחרונה. על מודעות SAO / NASA לא נמצאו נתונים על ציטוט עבודות (ניסיון אחרון 2023-12-21 12:25:23)

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