Analoge kwantumsimulatie met transmonqubits met vaste frequentie

Heruitgegeven door Plato

volgers: 0

Sean Greenaway¹, Adam Smith^2,3, Florian Munt^1,4en Daniel Malz^5,6

¹Physics Department, Blackett Laboratory, Imperial College London, Prince Consort Road, SW7 2BW, Verenigd Koninkrijk
²School voor natuurkunde en astronomie, Universiteit van Nottingham, Nottingham, NG7 2RD, VK
³Centrum voor Wiskunde en Theoretische Fysica van kwantum-niet-evenwichtssystemen, Universiteit van Nottingham, Nottingham, NG7 2RD, VK
⁴Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Bautzner Landstraße 400, 01328 Dresden, Duitsland
⁵Max-Planck-Instituut voor Quantum Optica, Hans-Kopfermann-Str. 1, 85748 Garching, Duitsland
⁶Afdeling Natuurkunde, Technische Universität München, James-Franck-Straße 1, 85748 Garching, Duitsland

Vind je dit artikel interessant of wil je het bespreken? Scite of laat een reactie achter op SciRate.

Abstract

We beoordelen experimenteel de geschiktheid van transmon-qubits met vaste frequenties en vaste interacties voor de realisatie van analoge kwantumsimulaties van spinsystemen. We testen een reeks noodzakelijke criteria voor dit doel op een commerciële kwantumprocessor met behulp van volledige kwantumprocestomografie en efficiëntere Hamiltoniaanse tomografie. Aanzienlijke enkele qubit-fouten bij lage amplitudes worden geïdentificeerd als een beperkende factor die de realisatie van analoge simulaties op momenteel beschikbare apparaten verhindert. We vinden bovendien valse dynamiek in de afwezigheid van aandrijfpulsen, die we identificeren met een coherente koppeling tussen de qubit en een laagdimensionale omgeving. Met gematigde verbeteringen kan analoge simulatie van een rijke familie van tijdsafhankelijke veel-lichamen-spin-Hamiltonianen mogelijk zijn.

Analoge kwantumsimulatie met transmonqubits met vaste frequentie PlatoBlockchain-gegevensintelligentie. Verticaal zoeken. Ai.

► BibTeX-gegevens

@article{Greenaway2024analoguequantum, doi = {10.22331/q-2024-02-22-1263}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2024-02-22-1263}, title = {Analoog { Q}uantum {S}imulatie met {F}ixed-{F}requency {T}ransmon {Q}ubits}, auteur = {Greenaway, Sean en Smith, Adam en Mintert, Florian en Malz, Daniel}, tijdschrift = { {Quantum}}, issn = {2521-327X}, uitgever = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, volume = {8}, pagina's = {1263}, maand = februari, jaar = {2024} }

► Referenties

[1] Leonid V. Abdurakhimov, Imran Mahboob, Hiraku Toida, Kosuke Kakuyanagi, Yuichiro Matsuzaki en Shiro Saito. Identificatie van verschillende soorten hoogfrequente defecten in supergeleidende qubits. PRX Quantum, 3: 040332, december 2022. 10.1103/PRXQuantum.3.040332. URL 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. Qiskit-experimenten, beschikbaar op github.com/qiskit/qiskit-experiments. URL 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: een open-sourceframework voor kwantumcomputing, 2021.

[4] Frank Arute, Kunal Arya, Ryan Babbush, Dave Bacon, Joseph C Bardin, Rami Barends, Rupak Biswas, Sergio Boixo, Fernando GSL Brandao, David A Buell, et al. Quantum suprematie met behulp van een programmeerbare supergeleidende processor. Natuur, 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, et al. Gedigitaliseerde adiabatische kwantumcomputers met een supergeleidend circuit. Natuur, 534 (7606): 222–226, 2016. 10.1038/natuur17658.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature17658

[6] Alexandre Blais, Steven M. Girvin en William D. Oliver. Kwantuminformatieverwerking en kwantumoptica met circuitkwantumelektrodynamica. Nat. Phys., 16 (3): 247–256, 2020. 10.1038/s41567-020-0806-z.
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41567-020-0806-z

[7] Rainer Blatt en Christian F Roos. Kwantumsimulaties met gevangen ionen. Nat. Phys., 8 (4): 277–284, 2012. 10.1038/nphys2252.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys2252

[8] Antoine Browaeys en Thierry Lahaye. Veeldeeltjesfysica met individueel bestuurde Rydberg-atomen. Nat. Phys., 16 (2): 132–142, 2020. 10.1038/s41567-019-0733-z.
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41567-019-0733-z

[9] Jerry M Chow, Antonio D Córcoles, Jay M Gambetta, Chad Rigetti, Blake R Johnson, John A Smolin, Jim R Rozen, George A Keefe, Mary B Rothwell, Mark B Ketchen, et al. Eenvoudige microgolfverwarrende poort voor supergeleidende qubits met vaste frequentie. Fys. Rev. Lett., 107 (8): 080502, 2011. 10.1103/PhysRevLett.107.080502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.107.080502

[10] J Ignacio Cirac en Peter Zoller. Doelen en kansen in kwantumsimulatie. Nat. 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 en A Ya Tzalenchuk. Systemen met twee niveaus in supergeleidende kwantumapparaten als gevolg van opgesloten quasideeltjes. Wetenschap Adv., 6 (51): eabc5055, 2020. 10.1126/sciadv.abc5055.
https:///doi.org/10.1126/sciadv.abc5055

[12] David P. DiVincenzo. De fysieke implementatie van kwantumberekeningen. 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 en Yang Yu. Meting van quasideeltjesdiffusie in een supergeleidende transmonqubit. Appl. Sci., 12 (17): 8461, 2022. 10.3390/app12178461.
https:///doi.org/10.3390/app12178461

[14] Manuel Endres, Marc Cheneau, Takeshi Fukuhara, Christof Weitenberg, Peter Schauss, Christian Gross, Leonardo Mazza, Mari Carmen Banuls, L Pollet, Immanuel Bloch, et al. Observatie van gecorreleerde deeltjes-gatparen en stringvolgorde in laagdimensionale Mott-isolatoren. Wetenschap, 334 (6053): 200–203, 2011. 10.1126/science.1209284.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1209284

[15] Iulia M Georgescu, Sahel Ashhab en Franco Nori. Kwantumsimulatie. Rev. Mod. Phys., 86 (1): 153, 2014. 10.1103/RevModPhys.86.153.
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.153

[16] Daniel Greif, Thomas Uehlinger, Gregor Jotzu, Leticia Tarruell en Tilman Esslinger. Kwantummagnetisme op korte afstand van ultrakoude fermionen in een optisch rooster. Wetenschap, 340 (6138): 1307–1310, 2013. 10.1126/wetenschap.1236362.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1236362

[17] Markus Greiner, Olaf Mandel, Tilman Esslinger, Theodor W Hänsch en Immanuel Bloch. Kwantumfase-overgang van een superfluïde naar een Mott-isolator in een gas van ultrakoude atomen. Nature, 415 (6867): 39–44, 2002. 10.1038/415039a.
https: / / doi.org/ 10.1038 / 415039a

[18] Michael J Hartmann. Kwantumsimulatie met op elkaar inwerkende fotonen. J. Opt., 18 (10): 104005, 2016. 10.1088/2040-8978/18/10/104005.
https://doi.org/10.1088/2040-8978/18/10/104005

[19] Michael J Hartmann, Fernando GSL Brandao en Martin B Plenio. Kwantum-veeldeeltjesfenomenen in gekoppelde holtearrays. Laser Photonics Rev., 2 (6): 527–556, 2008. 10.1002/lpor.200810046.
https: / / doi.org/ 10.1002 / lpor.200810046

[20] Andrew A Houck, Hakan E Türeci en Jens Koch. Kwantumsimulatie op de chip met supergeleidende circuits. Nat. Phys., 8 (4): 292–299, 2012. 10.1038/nphys2251.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys2251

[21] Manik Kapil, Bikash K Behera en Prasanta K Panigrahi. Kwantumsimulatie van de Klein Gordon-vergelijking en observatie van de kleine paradox in de IBM-kwantumcomputer. arXiv voordruk arXiv:1807.00521, 2018. 10.48550/arXiv.1807.00521.
https://doi.org/10.48550/arXiv.1807.00521
arXiv: 1807.00521

[22] Daniel Koch, Brett Martin, Saahil Patel, Laura Wessing en Paul M. Alsing. Demonstratie van uitdagingen uit het NISQ-tijdperk bij het ontwerpen van algoritmen op de 20 qubit-kwantumcomputer van IBM. AIP Adv., 10 (9): 095101, 2020. 10.1063/5.0015526.
https: / / doi.org/ 10.1063 / 5.0015526

[23] Philip Krantz, Morten Kjaergaard, Fei Yan, Terry P Orlando, Simon Gustavsson en William D Oliver. Een handleiding voor kwantumingenieurs voor supergeleidende qubits. Appl. Fys. 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. Universele digitale kwantumsimulatie met gevangen ionen. Wetenschap, 334 (6052): 57–61, 2011. 10.1126/science.1208001.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1208001

[25] Zhi Li, Liujun Zou en Timothy H Hsieh. Hamiltoniaanse tomografie via kwantumdoving. Fys. 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 Zon, Cheng Guo, Sheng-Kai Liao en Cheng-Zhi Peng. Schaalbare en aanpasbare generator voor willekeurige golfvormen voor supergeleidende kwantumcomputers. AIP Adv., 9 (11): 115309, 2019. 10.1063/1.5120299.
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.5120299

[27] Jürgen Lisenfeld, Grigorij J Grabovskij, Clemens Müller, Jared H Cole, Georg Weiss en Alexey V Ustinov. Observatie van direct op elkaar inwerkende coherente systemen met twee niveaus in een amorf materiaal. Nat. Commun., 6 (1): 1–6, 2015. 10.1038/ncomms7182.
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms7182

[28] Seth Lloyd. Universele kwantumsimulatoren. Wetenschap, 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 en Jonathan Simon. Hamiltoniaanse tomografie van fotonische roosters. Fys. Rev. A, 95 (6): 062120, 2017. 10.1103/PhysRevA.95.062120.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.95.062120

[30] Moein Malekakhlagh, Easwar Magesan en David C McKay. Analyse van de eerste principes van de werking van kruisresonantiepoorten. Fys. Rev. A, 102 (4): 042605, 2020. 10.1103/PhysRevA.102.042605.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.102.042605

[31] Daniel Malz en Adam Smith. Topologisch tweedimensionaal Floquet-rooster op een enkele supergeleidende qubit. Fys. Rev. Lett., 126 (16): 163602, 2021. 10.1103/PhysRevLett.126.163602.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.163602

[32] Matt McEwen, Lara Faoro, Kunal Arya, Andrew Dunsworth, Trent Huang, Seon Kim, Brian Burkett, Austin Fowler, Frank Arute, Joseph C Bardin, et al. Het oplossen van catastrofale foutuitbarstingen als gevolg van kosmische straling in grote reeksen supergeleidende qubits. Nat. 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 en P Zoller. Open kwantumsystemen simuleren: van interacties met veel lichamen tot het pompen van stabilisatoren. 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] Nicola Pancotti, Giacomo Giudice, J Ignacio Cirac, Juan P Garrahan en Mari Carmen Banuls. Quantum East-model: lokalisatie, niet-thermische eigentoestanden en langzame dynamiek. Fys. Rev. X, 10 (2): 021051, 2020. 10.1103/PhysRevX.10.021051.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.10.021051

[35] Xinhua Peng, Jiangfeng Du en Dieter Suter. Kwantumfase-overgang van grondtoestandverstrengeling in een heisenberg-spinketen gesimuleerd in een NMR-kwantumcomputer. Fys. Rev. A, 71 (1): 012307, 2005. 10.1103/PhysRevA.71.012307.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.71.012307

[36] John Preskill. Quantum computing in het NISQ-tijdperk en daarna. Quantum, 2:79, 2018. 10.22331 / q-2018-08-06-79.
https://doi.org/10.22331/q-2018-08-06-79

[37] Tsjaad Rigetti en Michel Devoret. Volledig microgolf-afstembare universele poorten in supergeleidende qubits met lineaire koppelingen en vaste overgangsfrequenties. Fys. 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. Spectroscopische kenmerken van lokalisatie met op elkaar inwerkende fotonen in supergeleidende qubits. Wetenschap, 358 (6367): 1175–1179, 2017. 10.1126/science.aao1401.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.aao1401

[39] Sarah Sheldon, Easwar Magesan, Jerry M Chow en Jay M Gambetta. Procedure voor het systematisch afstemmen van overspraak in de kruisresonantiepoort. Fys. Rev. A, 93 (6): 060302(R), 2016. 10.1103/PhysRevA.93.060302.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.93.060302

[40] Adam Smith, MS Kim, Frank Pollmann en Johannes Knolle. Het simuleren van de kwantum-veel-deeltjesdynamiek op een huidige digitale kwantumcomputer. npj Quantum Inf., 5 (1): 1–13, 2019. 10.1038/s41534-019-0217-0.
https://doi.org/10.1038/s41534-019-0217-0

[41] Vinay Tripathi, Mostafa Khezri en Alexander N Korotkov. Werking en intrinsiek foutbudget van een kruisresonantiepoort van twee qubit. Fys. Rev. A, 100 (1): 012301, 2019. 10.1103/PhysRevA.100.012301.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.012301

[42] Hale F Trotter. Op het product van semi-groepen van operators. Proceedings of the American Mathematical Society, 10 (4): 545–551, 1959. 10.2307/2033649.
https: / / doi.org/ 10.2307 / 2033649

[43] Joseph Vovrosh en Johannes Knolle. Opsluitings- en verstrengelingsdynamiek op een digitale kwantumcomputer. Wetenschap 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 en Johannes Knolle. Eenvoudige beperking van mondiale depolariserende fouten in kwantumsimulaties. Fys. Rev. E, 104 (3): 035309, 2021. 10.1103/PhysRevE.104.035309.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.104.035309

[45] Sheng-Tao Wang, Dong-Ling Deng en Lu-Ming Duan. Hamiltoniaanse tomografie voor kwantum-veeldeeltjessystemen met willekeurige koppelingen. 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] Samuel A Wilkinson en Michael J Hartmann. Supergeleidende kwantum-veel-deeltjescircuits voor kwantumsimulatie en computergebruik. Appl. Fys. 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 en Shaojiang Zhu. Stabiliseren en verbeteren van de Qubit-coherentie door het ruisspectrum van systemen met twee niveaus te engineeren. Fys. 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, et al. Observatie van thermalisatie en versleuteling van informatie in een supergeleidende kwantumprocessor. Fys. Rev. Lett., 128 (16): 160502, 2022. 10.1103/PhysRevLett.128.160502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.160502

Geciteerd door

[1] Naoki Kanazawa, Daniel Egger, Yael Ben-Haim, Helena Zhang, William Shanks, Gadi Aleksandrowicz en Christopher Wood, "Qiskit Experiments: een Python-pakket om kwantumcomputers te karakteriseren en te kalibreren", Het tijdschrift voor open source-software 8 84, 5329 (2023).

[2] Yuxiang Peng, Jacob Young, Pengyu Liu en Xiaodi Wu, "SimuQ: een raamwerk voor het programmeren van kwantum Hamiltoniaanse simulatie met analoge compilatie", arXiv: 2303.02775, (2023).

Bovenstaande citaten zijn afkomstig van SAO / NASA ADS (laatst bijgewerkt met succes 2024-02-22 13:05:17). De lijst is mogelijk onvolledig omdat niet alle uitgevers geschikte en volledige citatiegegevens verstrekken.

Kon niet ophalen Door Crossref geciteerde gegevens tijdens laatste poging 2024-02-22 13:05:15: kon niet geciteerde gegevens voor 10.22331 / q-2024-02-22-1263 niet ophalen van Crossref. Dit is normaal als de DOI recent is geregistreerd.

Dit artikel is gepubliceerd in Quantum onder de Creative Commons Naamsvermelding 4.0 Internationaal (CC BY 4.0) licentie. Het auteursrecht blijft berusten bij de oorspronkelijke houders van auteursrechten, zoals de auteurs of hun instellingen.

Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
Bron: https://quantum-journal.org/papers/q-2024-02-22-1263/

Tijdstempel: 22 februari 2024

Analoge kwantumsimulatie met transmonqubits met vaste frequentie

Heruitgegeven door Plato

Abstract

► BibTeX-gegevens

► Referenties

Geciteerd door

Meer van Quantum Journaal

Snelle kwantumbenaderingen voor combinatorische optimalisatie geïnspireerd door optimale toestandsoverdracht

Schatting met minimale ruis van niet-pendelrotaties van een spin

Samenvatting: analyse van kwantumcircuits via abstracte stabilisatorsimulatie

Kwantumalgoritmen met dubbele haakjes voor diagonalisatie

Variationeel kwantumalgoritme voor onbeperkte binaire optimalisatie van black box: toepassing op functieselectie

De rol van coherentietheorie in quantum neurale netwerken van attractor

Verbetering van de prestaties van kwantumsleuteldistributie met twee velden met voordelige destillatietechnologie

Verdeel-en-heers verificatiemethode voor lawaaierige kwantumberekening op middellange schaal

Parameterinstelling in Quantum Approximate Optimalisatie van gewogen problemen

Oplosbaar model van diepe thermalisatie met verschillende ontwerptijden

Meerdelige intrinsieke non-lokaliteit en apparaatonafhankelijke conferentiesleutelovereenkomst

Over Ons

Verticaal zoeken & Ai

Platform

Blijf verbonden

Account