Analog kvantesimulering med fast frekvens transmon Qubits

Publisert av Platon

Følgere: 0

Sean Greenaway¹, Adam Smith^2,3, Florian Mintert^1,4, og Daniel Malz^5,6

¹Fysikkavdeling, Blackett Laboratory, Imperial College London, Prince Consort Road, SW7 2BW, Storbritannia
²School of Physics and Astronomy, University of Nottingham, Nottingham, NG7 2RD, Storbritannia
³Center for the Mathematics and Theoretical Physics of Quantum Non-Equilibrium Systems, University of Nottingham, Nottingham, NG7 2RD, Storbritannia
⁴Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Bautzner Landstraße 400, 01328 Dresden, Tyskland
⁵Max-Planck-Institute of Quantum Optics, Hans-Kopfermann-Str. 1, 85748 Garching, Tyskland
⁶Institutt for fysikk, Technische Universität München, James-Franck-Straße 1, 85748 Garching, Tyskland

Finn dette papiret interessant eller vil diskutere? Scite eller legg igjen en kommentar på SciRate.

Abstrakt

Vi vurderer eksperimentelt egnetheten til transmon-qubits med faste frekvenser og faste interaksjoner for realisering av analoge kvantesimuleringer av spinnsystemer. Vi tester et sett med nødvendige kriterier for dette målet på en kommersiell kvanteprosessor ved bruk av full kvanteprosesstomografi og mer effektiv Hamiltonsk tomografi. Betydelige enkelt qubit-feil ved lave amplituder er identifisert som en begrensende faktor som forhindrer realisering av analoge simuleringer på tilgjengelige enheter. Vi finner i tillegg falsk dynamikk i fravær av drivpulser, som vi identifiserer med koherent kobling mellom qubit og et lavdimensjonalt miljø. Med moderate forbedringer kan analog simulering av en rik familie av tidsavhengige Hamiltonianere med mange kroppsspinn være mulig.

Analog kvantesimulering med fast frekvens Transmon Qubits PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertikalt søk. Ai.

► BibTeX-data

@article{Greenaway2024analoguequantum, doi = {10.22331/q-2024-02-22-1263}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2024-02-22-1263}, tittel = {{2521} Q}uantum {S}imulering med {F}fast {F}frekvens {T}ransmon {Q}ubits}, forfatter = {Greenaway, Sean og Smith, Adam og Mintert, Florian og Malz, Daniel}, journal = { {Quantum}}, issn = {327-8X}, utgiver = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, volum = {1263}, sider = {2024}, måned = feb, år = {XNUMX} }

► Referanser

[1] Leonid V. Abdurakhimov, Imran Mahboob, Hiraku Toida, Kosuke Kakuyanagi, Yuichiro Matsuzaki og Shiro Saito. Identifikasjon av ulike typer høyfrekvente defekter i superledende qubits. PRX Quantum, 3: 040332, desember 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-eksperimenter, tilgjengelig på 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: Et rammeverk med åpen kildekode for kvanteberegning, 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. Kvant overherredømme ved hjelp av en programmerbar superledende prosessor. Nature, 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. Digitalisert adiabatisk kvanteberegning med en superledende krets. Nature, 534 (7606): 222–226, 2016. 10.1038/nature17658.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature17658

[6] Alexandre Blais, Steven M Girvin og William D Oliver. Kvanteinformasjonsbehandling og kvanteoptikk med krets kvanteelektrodynamikk. 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 og Christian F Roos. Kvantesimuleringer med fangede ioner. Nat. Phys., 8 (4): 277–284, 2012. 10.1038/nphys2252.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys2252

[8] Antoine Browaeys og Thierry Lahaye. Mangekroppsfysikk med individuelt kontrollerte Rydberg-atomer. 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. Enkel sammenfiltring av alle mikrobølger for superledende qubits med fast frekvens. Phys. Rev. Lett., 107 (8): 080502, 2011. 10.1103/PhysRevLett.107.080502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.107.080502

[10] J Ignacio Cirac og Peter Zoller. Mål og muligheter i kvantesimulering. 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 og A Ya Tzalenchuk. To-nivå systemer i superledende kvanteenheter på grunn av fangede kvasipartikler. Sci. Adv., 6 (51): eabc5055, 2020. 10.1126/sciadv.abc5055.
https:///doi.org/10.1126/sciadv.abc5055

[12] David P DiVincenzo. Den fysiske implementeringen av kvanteberegning. 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 og Yang Yu. Måling av kvasipartikkeldiffusjon i en superledende transmon qubit. 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. Observasjon av korrelerte partikkel-hull-par og strengrekkefølge i lavdimensjonale Mott-isolatorer. Science, 334 (6053): 200–203, 2011. 10.1126/science.1209284.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1209284

[15] Iulia M Georgescu, Sahel Ashhab og Franco Nori. Kvantesimulering. 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 og Tilman Esslinger. Kortdistanse kvantemagnetisme av ultrakalde fermioner i et optisk gitter. Science, 340 (6138): 1307–1310, 2013. 10.1126/science.1236362.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1236362

[17] Markus Greiner, Olaf Mandel, Tilman Esslinger, Theodor W Hänsch og Immanuel Bloch. Kvantefaseovergang fra en superfluid til en Mott-isolator i en gass av ultrakalde atomer. Nature, 415 (6867): 39–44, 2002. 10.1038/415039a.
https: / / doi.org/ 10.1038 / 415039a

[18] Michael J Hartmann. Kvantesimulering med interagerende fotoner. 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 og Martin B Plenio. Kvante-mangekroppsfenomener i koblede hulromsarrayer. 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 og Jens Koch. On-chip kvantesimulering med superledende kretser. Nat. Phys., 8 (4): 292–299, 2012. 10.1038/nphys2251.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys2251

[21] Manik Kapil, Bikash K Behera og Prasanta K Panigrahi. Kvantesimulering av Klein Gordon-ligning og observasjon av klein paradoks i IBM kvantedatamaskin. arXiv preprint 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 og Paul M Alsing. Demonstrerer NISQ-epokens utfordringer innen algoritmedesign på IBMs 20 qubit kvantedatamaskin. 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 og William D Oliver. En kvanteingeniørs guide til superledende qubits. Appl. Phys. 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. Universell digital kvantesimulering med fangede ioner. Science, 334 (6052): 57–61, 2011. 10.1126/science.1208001.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1208001

[25] Zhi Li, Liujun Zou og Timothy H Hsieh. Hamiltonsk tomografi via kvanteslukking. Phys. 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 og Cheng-Zhi Peng. Skalerbar og tilpassbar vilkårlig bølgeformgenerator for superledende kvanteberegning. 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 og Alexey V Ustinov. Observasjon av direkte samvirkende koherente to-nivå systemer i et amorft materiale. Nat. Commun., 6 (1): 1–6, 2015. 10.1038/ncomms7182.
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms7182

[28] Seth Lloyd. Universelle kvantesimulatorer. Science, 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 og Jonathan Simon. Hamiltonsk tomografi av fotoniske gitter. Phys. Rev. A, 95 (6): 062120, 2017. 10.1103/PhysRevA.95.062120.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.95.062120

[30] Moein Malekakhlagh, Easwar Magesan og David C McKay. Første-prinsippanalyse av kryssresonansportdrift. Phys. Rev. A, 102 (4): 042605, 2020. 10.1103/PhysRevA.102.042605.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.102.042605

[31] Daniel Malz og Adam Smith. Topologisk todimensjonalt Floquet-gitter på en enkelt superledende qubit. Phys. 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. Å løse katastrofale feilutbrudd fra kosmiske stråler i store rekker av superledende 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 og P Zoller. Simulering av åpne kvantesystemer: Fra mangekroppsinteraksjoner til stabilisatorpumping. 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 og Mari Carmen Banuls. Quantum East-modell: Lokalisering, ikke-termiske egentilstander og langsom dynamikk. Phys. Rev. X, 10 (2): 021051, 2020. 10.1103/PhysRevX.10.021051.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.10.021051

[35] Xinhua Peng, Jiangfeng Du og Dieter Suter. Kvantefaseovergang av sammenfiltring av grunntilstand i en heisenberg spinnkjede simulert i en NMR kvantedatamaskin. Phys. Rev. A, 71 (1): 012307, 2005. 10.1103/PhysRevA.71.012307.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.71.012307

[36] John Preskill. Kvantedatabehandling i NISQ-æraen og utover. Quantum, 2: 79, 2018. 10.22331/q-2018-08-06-79.
https://doi.org/10.22331/q-2018-08-06-79

[37] Chad Rigetti og Michel Devoret. Fullt mikrobølgeavstembare universalporter i superledende qubits med lineære koplinger og faste overgangsfrekvenser. Phys. 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. Spektroskopiske signaturer av lokalisering med interagerende fotoner i superledende qubits. Science, 358 (6367): 1175–1179, 2017. 10.1126/science.aao1401.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.aao1401

[39] Sarah Sheldon, Easwar Magesan, Jerry M Chow og Jay M Gambetta. Prosedyre for systematisk innstilling av krysstale i kryssresonansporten. Phys. 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 og Johannes Knolle. Simulering av kvante-mangekroppsdynamikk på en gjeldende digital kvantedatamaskin. 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 og Alexander N Korotkov. Drift og egenfeilbudsjett for en to-qubit kryssresonansport. Phys. Rev. A, 100 (1): 012301, 2019. 10.1103/PhysRevA.100.012301.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.012301

[42] Hale F Trotter. På produktet av semi-grupper av operatører. Proceedings of the American Mathematical Society, 10 (4): 545–551, 1959. 10.2307/2033649.
https: / / doi.org/ 10.2307 / 2033649

[43] Joseph Vovrosh og Johannes Knolle. Innesperring og sammenfiltringsdynamikk på en digital kvantedatamaskin. 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 og Johannes Knolle. Enkel reduksjon av globale depolariserende feil i kvantesimuleringer. Phys. 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 og Lu-Ming Duan. Hamiltonsk tomografi for kvante-mangekroppssystemer med vilkårlige koblinger. 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 og Michael J Hartmann. Superledende kvante-mangekroppskretser for kvantesimulering og databehandling. Appl. Phys. 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 og Shaojiang Zhu. Stabilisere og forbedre Qubit-koherens ved å konstruere støyspekteret til to-nivåsystemer. Phys. 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. Observasjon av termalisering og informasjonskryptering i en superledende kvanteprosessor. Phys. Rev. Lett., 128 (16): 160502, 2022. 10.1103/PhysRevLett.128.160502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.160502

Sitert av

[1] Naoki Kanazawa, Daniel Egger, Yael Ben-Haim, Helena Zhang, William Shanks, Gadi Aleksandrowicz og Christopher Wood, "Qiskit Experiments: A Python-pakke for å karakterisere og kalibrere kvantedatamaskiner", The Journal of Open Source Software 8 84, 5329 (2023).

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

Sitatene ovenfor er fra SAO / NASA ADS (sist oppdatert vellykket 2024-02-22 13:05:17). Listen kan være ufullstendig fordi ikke alle utgivere gir passende og fullstendige sitasjonsdata.

Kunne ikke hente Crossref sitert av data under siste forsøk 2024-02-22 13:05:15: Kunne ikke hente siterte data for 10.22331 / q-2024-02-22-1263 fra Crossref. Dette er normalt hvis DOI nylig ble registrert.

Denne artikkelen er utgitt i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) tillatelse. Opphavsrett forblir hos de opprinnelige rettighetshaverne som forfatterne eller institusjonene deres.

SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk deg selv. Tilgang her.
PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
PlatoESG. Karbon, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Avfallshåndtering. Tilgang her.
PlatoHelse. Bioteknologisk og klinisk etterretning. Tilgang her.
kilde: https://quantum-journal.org/papers/q-2024-02-22-1263/

Tidstempel: Februar 22, 2024

Analog kvantesimulering med fast frekvens transmon Qubits

Publisert av Platon

Abstrakt

► BibTeX-data

► Referanser

Sitert av

Mer fra Kvantejournal

Raske kvantetilnærminger for kombinatorisk optimalisering inspirert av optimal tilstandsoverføring

Minimal støyestimering av ikke-pendlende rotasjoner av et spinn

Abstraqt: Analyse av kvantekretser via abstrakt stabilisatorsimulering

Kvantealgoritmer med dobbel brakett for diagonalisering

Variasjonskvantealgoritme for ubegrenset binær optimalisering av svart boks: Applikasjon for funksjonsvalg

Koherensteoriens rolle i attraktor kvantenevrale nettverk

Forbedring av ytelsen til tofelts kvantenøkkeldistribusjon med fordelsdestillasjonsteknologi

Del-og-hersk-verifiseringsmetode for støyende kvanteberegning i mellomskala

Parameterinnstilling i omtrentlig kvanteoptimalisering av vektede problemer

Løsbar modell av dyp termalisering med distinkte designtider

Multipartite Intrinsic Non-Locality and Device-Independent Conference Key Agreement

Om Oss

Vertikal søk og Ai

Plattform

Hold kontakten

Logg inn