Geautomatiseerde generatie van shuttle-sequenties voor een lineair gesegmenteerde ionenval-kwantumcomputer

Geautomatiseerde generatie van shuttle-sequenties voor een lineair gesegmenteerde ionenval-kwantumcomputer

Tijdstempel: 8 november 2023 7:55 uur
Geautomatiseerde generatie van shuttle-sequenties voor een lineair gesegmenteerde ionenval-kwantumcomputer PlatoBlockchain-gegevensintelligentie. Verticaal zoeken. Ai.

Jonathan Durandau2, Janis Wagner1, Frederic Mailhot2, Charles-Antoine Brunet2, Ferdinand Schmidt-Kaler1, Ulrich Poschinger1, en Yves Bérubé-Lauzière2

1QUANTUM, Instituut voor Natuurkunde, Johannes Gutenberg Universiteit, Staudingerweg 7, 55128 Mainz, Duitsland
2Institut Quantique and Département de génie electrique et de génie informatique, Université de Sherbrooke, Sherbrooke, Québec, J1K 2R1, Canada

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

Abstract

Een veelbelovende aanpak voor het opschalen van kwantumcomputerplatforms met gevangen ionen is het opslaan van meerdere qubitsets met gevangen ionen ('ionenkristallen') in gesegmenteerde microchipvallen en deze met elkaar te verbinden via fysieke beweging van de ionen ('shuttling'). Voor het realiseren van kwantumcircuits met een gematigde complexiteit is al automatisering vereist voor het ontwerp van geschikte qubit-toewijzingen en pendelschema's. Hier beschrijven en testen we algoritmen die precies deze taken aanpakken. We beschrijven een algoritme voor het volledig geautomatiseerd genereren van pendelschema's, waarbij wordt voldaan aan de beperkingen die worden opgelegd door een gegeven trapstructuur. Verder introduceren we verschillende methoden voor de initiële toewijzing van qubits en vergelijken we deze voor willekeurige circuits (van maximaal 20 qubits) en kwantum Fourier-transformatie-achtige circuits, en gegeneraliseerde Toffoli-poorten van elk maximaal 40 qubits. We ontdekken dat voor kwantumcircuits die een vaste structuur bevatten, geavanceerde toewijzingsalgoritmen kunnen dienen om de shuttle-overhead te verminderen.

► BibTeX-gegevens

► Referenties

[1] J. Preskill. "Quantum Computing in het NISQ-tijdperk en daarna". Kwantum 2, 79 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2018-08-06-79

[2] C. Figgatt, A. Ostrander, NM Linke, KA Landsman, D. Zhu, D. Maslov en C. Monroe. "Parallelle verstrengelingsoperaties op een universele ionenvalkwantumcomputer". Natuur 572, 368–372 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-019-1427-5

[3] P. Schindler, D. Nigg, T. Monz, JT Barreiro, E. Martinez, SX Wang, S. Quint, MF Brandl, V. Nebendahl, CF Roos, M. Chwalla, M. Hennrich en R. Blatt. "Een kwantuminformatieprocessor met gevangen ionen". Nieuw Journal of Physics 15, 123012 (2013).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​15/​12/​123012

[4] D. Kielpinski, C. Monroe en DJ Wineland. "Architectuur voor een grootschalige ionenvalkwantumcomputer". Natuur 417, 709-711 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature00784

[5] V. Kaushal, B. Lekitsch, A. Stahl, J. Hilder, D. Pijn, C. Schmiegelow, A. Bermudez, M. Müller, F. Schmidt-Kaler en U. Poschinger. "Op shuttle gebaseerde kwantuminformatieverwerking op basis van gevangen ionen". AVS Quantumwetenschap 2, 014101 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1116 / 1.5126186

[6] JM Pino, JM Dreiling, C. Figgatt, JP Gaebler, SA Moses, MS Allman, CH Baldwin, M. Foss-Feig, D. Hayes, K. Mayer, C. Ryan-Anderson en B. Neyenhuis. "Demonstratie van de kwantum-CCD-computerarchitectuur met gevangen ionen". Natuur 592, 209–213 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-021-03318-4

[7] J. Hilder, D. Pijn, O. Onishchenko, A. Stahl, M. Orth, B. Lekitsch, A. Rodriguez-Blanco, M. Müller, F. Schmidt-Kaler en UG Poschinger. "Fouttolerante pariteitsuitlezing op een op shuttles gebaseerde ingesloten ionen kwantumcomputer". Fysiek. Rev X 12, 011032 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.12.011032

[8] F. Kreppel, C. Melzer, J. Wagner, J. Hilder, U. Poschinger, F. Schmidt-Kaler en A. Brinkmann. "Kwantumcircuitcompiler voor een op shuttles gebaseerde kwantumcomputer met gevangen ionen" (2022).

[9] Tobias Schmale, Bence Temesi, Alakesh Baishya, Nicolas Pulido-Mateo, Ludwig Krinner, Timko Dubielzig, Christian Ospelkaus, Hendrik Weimer en Daniel Borcherding. "Backend-compilerfasen voor kwantumcomputers met gevangen ionen". In 2022 IEEE Internationale Conferentie over Quantum Software (QSW). Pagina's 32–37. (2022).
https://​/​doi.org/​10.1109/​QSW55613.2022.00020

[10] M. Webber, S. Herbert, S. Weidt en WK Hensinger. "Efficiënte qubit-routering voor een wereldwijd verbonden kwantumcomputer met gevangen ionen". Geavanceerde kwantumtechnologieën 3, 2000027 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1002 / qute.202000027

[11] Abdullah Ash Saki, Rasit Onur Topaloglu en Swaroop Ghosh. "Muzzle the shuttle: efficiënte compilatie voor kwantumcomputers met meerdere valstrikken". In 2022 Design, Automation & Test in Europe Conference & Exhibition (DATE). Pagina's 322–327. (2022).
https://​/​doi.org/​10.23919/​DATE54114.2022.9774619

[12] Xin-Chuan Wu, Dripto M. Debroy, Yongshan Ding, Jonathan M. Baker, Yuri Alexeev, Kenneth R. Brown en Frederic T. Chong. "Tilt: een hogere betrouwbaarheid bereiken op een kwantumcomputerarchitectuur met gevangen ionen en lineaire banden". In 2021 IEEE International Symposium on High-Performance Computer Architecture (HPCA). Pagina's 153–166. (2021).
https://​/​doi.org/​10.1109/​HPCA51647.2021.00023

[13] A. Walther, F. Ziesel, T. Ruster, ST Dawkins, K. Ott, M. Hettrich, K. Singer, F. Schmidt-Kaler en UG Poschinger. "Beheersing van snel transport van in koude gevangen ionen". Fys. Ds. Lett. 109, 080501 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.109.080501

[14] R. Bowler, J. Gaebler, Y. Lin, TR Tan, D. Hanneke, JD Jost, JP Home, D. Leibfried en DJ Wineland. "Coherent diabatisch ionentransport en scheiding in een traparray met meerdere zones". Fys. Ds. Lett. 109, 080502 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.109.080502

[15] T. Ruster, C. Warschburger, H. Kaufmann, CT Schmiegelow, A. Walther, M. Hettrich, A. Pfister, V. Kaushal, F. Schmidt-Kaler en UG Poschinger. "Experimentele realisatie van snelle ionenscheiding in gesegmenteerde Paul-vallen". Fys. Rev.A 90, 033410 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.90.033410

[16] H. Kaufmann, T. Ruster, CT Schmiegelow, F. Schmidt-Kaler en UG Poschinger. "Dynamiek en controle van de snelle splitsing van ionenkristallen in gesegmenteerde Paul-vallen". Nieuw Journal of Physics 16, 073012 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​16/​7/​073012

[17] H. Kaufmann, T. Ruster, CT Schmiegelow, MA Luda, V. Kaushal, J. Schulz, D. von Lindenfels, F. Schmidt-Kaler en UG Poschinger. "Fast ion swapping voor de verwerking van kwantuminformatie". Fys. Rev. A 95, 052319 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.95.052319

[18] D. Maslov, SM Falconer en M. Mosca. "Plaatsing van kwantumcircuits". IEEE-transacties over computerondersteund ontwerp van geïntegreerde schakelingen en systemen 27, 752-763 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1109 / tcad.2008.917562

[19] T. Parr. "De definitieve antlr 4-referentie". Pragmatische boekenplank. (2013). 2e editie.

[20] Riverbank Computing Limited. “PyQt5” (2020).

[21] AW Cross, LS Bishop, JA Smolin en JM Gambetta. “Open kwantumassembleertaal” (2017).

[22] A. Kelly. “OPENQASM 2.0 grammatica” (2018).

[23] MA Nielsen en IL Chuang. “Kwantumberekening en kwantuminformatie: 10e jubileumeditie”. Cambridge University Press. (2011). 10e editie.
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511976667

[24] D. Kopersmid. "Een geschatte Fourier-transformatie die nuttig is bij kwantumfactoring". Technisch rapport. IBM Onderzoeksafdeling (2002).
https://​/​doi.org/​10.48550/​ARXIV.QUANT-PH/​0201067

[25] A. Shafaei, M. Saeedi en M. Pedram. “Optimalisatie van kwantumcircuits voor interactieafstand in lineaire dichtstbijzijnde buurarchitecturen”. In 2013 50e ACM/​EDAC/​IEEE Design Automation Conference (DAC). Pagina's 1–6. (2013).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 2463209.2488785

Geciteerd door

[1] Fabian Kreppel, Christian Melzer, Diego Olvera Millán, Janis Wagner, Janine Hilder, Ulrich Poschinger, Ferdinand Schmidt-Kaler en André Brinkmann, "Quantum Circuit Compiler voor een op shuttles gebaseerde Trapped-Ion Quantum Computer", arXiv: 2207.01964, (2022).

Bovenstaande citaten zijn afkomstig van SAO / NASA ADS (laatst bijgewerkt met succes 2023-11-10 02:50:52). De lijst is mogelijk onvolledig omdat niet alle uitgevers geschikte en volledige citatiegegevens verstrekken.

On De door Crossref geciteerde service er zijn geen gegevens gevonden over het citeren van werken (laatste poging 2023-11-10 02:50:50).

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.

Tijdstempel:

Meer van Quantum Journaal