深層学習を使用してパウリのスピンブロッキングを特定する

深層学習を使用してパウリのスピンブロッキングを特定する

ジョナス・シャフ1, ドミニク・T・レノン1, サイモン・ガイヤー2, デビッド・L・クレイグ1, フェデリコ・フェデーレ1, フロリアン・ヴィニョー1, レオン・C・カメンジンド2, アンドレアス・V・クールマン2, G・アンドリュー・D・ブリッグス1, ドミニク・M・ズンビュール2, ディノ・セイディノビッチ3, ナタリア・アレス4

1オックスフォード大学材料学部、オックスフォード OX1 3PH、イギリス
2バーゼル大学物理学科、4056 バーゼル、スイス
3アデレード大学、SA 5005、オーストラリア、コンピューターおよび数理科学および AIML 学部
4オックスフォード大学工学部、オックスフォード OX1 3PJ、イギリス

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抽象

パウリスピンブロッケード(PSB)は、高温でもスピン量子ビットの初期化と読み出しのための優れたリソースとして使用できますが、特定するのが難しい場合があります。 電荷輸送測定を使用して PSB を自動的に識別できる機械学習アルゴリズムを紹介します。 PSB データの不足は、シミュレートされたデータを使用してアルゴリズムをトレーニングし、クロスデバイス検証を使用することで回避されます。 私たちはシリコン電界効果トランジスタデバイスでアプローチを実証し、さまざまなテストデバイスで96%の精度を報告し、このアプローチがデバイスの変動に対して堅牢であることを証明しています。 私たちのアルゴリズムは、完全に自動化された量子ビット調整を実現するために不可欠なステップであり、あらゆるタイプの量子ドットデバイスで採用できることが期待されています。

私たちは、量子技術の推奨アーキテクチャ候補である半導体量子ビットの中に現在出現しているデバイスの動作に関連するとらえどころのない影響を自動的に検出する機械学習アルゴリズムを開発しました。 これは、半導体回路を使用したスケーラブルな量子計算に向けた重要なステップです。 この効果であるパウリ スピン ブロケード (PSB) は、量子コンピューティングの基本要件である量子ビットの開始と読み出しに使用できます。 ただし、PSB の検出は、その希少性と材料のばらつきや製造欠陥の影響を受けやすいため、困難です。 これを克服するために、物理学にヒントを得たシミュレーターとクロスデバイス検証と呼ばれる手法を使用し、あるデバイスからのデータでアルゴリズムをトレーニングし、別のデバイスでテストしました。 シリコン電界効果トランジスタ デバイスで実証されたこのアルゴリズムは、さまざまなテスト デバイス間で PSB を識別する際に 96% の精度を達成しました。 興味深いことに、この研究では、主に包括的な実験データの入手が限られているため、現実世界のデータよりも、アルゴリズムのトレーニングにとってシミュレーション データの方が重要なイベントであることが判明しました。 この研究は、実用的でスケーラブルな量子コンピューターの実現を加速します。

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