Analogowa symulacja kwantowa z kubitami transmonowymi o stałej częstotliwości

Opublikowane ponownie przez Plato

Obserwuje: 0

Seana Greenawaya¹, Adam Smith^2,3, Floriana Minterta^1,4i Daniela Malza^5,6

¹Wydział Fizyki, Laboratorium Blackett, Imperial College London, Prince Consort Road, SW7 2BW, Wielka Brytania
²Szkoła Fizyki i Astronomii, Uniwersytet w Nottingham, Nottingham, NG7 2RD, Wielka Brytania
³Centrum Matematyki i Fizyki Teoretycznej Kwantowych Układów Nierównowagowych, Uniwersytet w Nottingham, Nottingham, NG7 2RD, Wielka Brytania
⁴Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Bautzner Landstraße 400, 01328 Drezno, Niemcy
⁵Instytut Optyki Kwantowej Maxa Plancka, Hans-Kopfermann-Str. 1, 85748 Garching, Niemcy
⁶Wydział Fizyki, Technische Universität München, James-Franck-Straße 1, 85748 Garching, Niemcy

Czy ten artykuł jest interesujący czy chcesz dyskutować? Napisz lub zostaw komentarz do SciRate.

Abstrakcyjny

Eksperymentalnie oceniamy przydatność kubitów transmonowych o ustalonych częstotliwościach i ustalonych interakcjach do realizacji analogowych symulacji kwantowych układów spinowych. Aby osiągnąć ten cel, testujemy zestaw niezbędnych kryteriów na komercyjnym procesorze kwantowym, wykorzystując pełną kwantową tomografię procesową i wydajniejszą tomografię Hamiltona. Jako czynnik ograniczający, uniemożliwiający realizację symulacji analogowych na obecnie dostępnych urządzeniach, zidentyfikowano istotne błędy pojedynczych kubitów przy niskich amplitudach. Dodatkowo znajdujemy fałszywą dynamikę przy braku impulsów sterujących, którą utożsamiamy ze spójnym sprzężeniem między kubitem a środowiskiem niskowymiarowym. Przy umiarkowanych ulepszeniach możliwa może być analogowa symulacja bogatej rodziny zależnych od czasu hamiltonianów spinu wielu ciał.

Analogowa symulacja kwantowa z kubitami transmonowymi o stałej częstotliwości PlatoBlockchain Data Intelligence. Wyszukiwanie pionowe. AI.

► Dane BibTeX

@article{Greenaway2024analoguequantum, doi = {10.22331/q-2024-02-22-1263}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2024-02-22-1263}, tytuł = {analogowy { Symulacja Q}uantum {S} z {F}ixed-{F} częstotliwością {T}ransmon {Q}ubits}, autor = {Greenaway, Sean i Smith, Adam i Mintert, Florian i Malz, Daniel}, dziennik = { {Quantum}}, issn = {2521-327X}, wydawca = {{Verein zur F{„{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, tom = {8}, strony = {1263}, miesiąc = luty, rok = {2024} }

► Referencje

[1] Leonid V. Abdurakhimov, Imran Mahboob, Hiraku Toida, Kosuke Kakuyanagi, Yuichiro Matsuzaki i Shiro Saito. Identyfikacja różnych typów defektów wysokoczęstotliwościowych w kubitach nadprzewodzących. PRX Quantum, 3: 040332, grudzień 2022. 10.1103/PRXQuantum.3.040332. Adres 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 i in. Eksperymenty Qiskit, dostępne na github.com/qiskit/qiskit-experiments. Adres 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 i in. Qiskit: platforma open source do obliczeń kwantowych, 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 i in. Supremacja kwantowa przy użyciu programowalnego procesora nadprzewodzącego. Natura, 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 i in. Cyfrowe adiabatyczne obliczenia kwantowe z obwodem nadprzewodzącym. Natura, 534 (7606): 222–226, 2016. 10.1038/nature17658.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature17658

[6] Alexandre Blais, Steven M. Girvin i William D. Oliver. Kwantowe przetwarzanie informacji i optyka kwantowa z obwodową elektrodynamiką kwantową. Nat. Fiz., 16 (3): 247–256, 2020. 10.1038/s41567-020-0806-z.
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41567-020-0806-z

[7] Rainera Blatta i Christiana F. Roosa. Symulacje kwantowe z uwięzionymi jonami. Nat. Fiz., 8 (4): 277–284, 2012. 10.1038/nphys2252.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys2252

[8] Antoine’a Browaeysa i Thierry’ego Lahaye’a. Fizyka wielu ciał z indywidualnie sterowanymi atomami Rydberga. Nat. Fiz., 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 i in. Prosta, całkowicie mikrofalowa bramka splątująca dla kubitów nadprzewodzących o stałej częstotliwości. Fiz. Rev. Lett., 107 (8): 080502, 2011. 10.1103/PhysRevLett.107.080502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.107.080502

[10] J Ignacio Cirac i Peter Zoller. Cele i możliwości symulacji kwantowej. Nat. Fiz., 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 i A Ya Tzalenchuk. Układy dwupoziomowe w nadprzewodzących urządzeniach kwantowych dzięki uwięzionym kwazicząstkom. Nauka. Adv., 6 (51): eabc5055, 2020. 10.1126/sciadv.abc5055.
https:///doi.org/10.1126/sciadv.abc5055

[12] Davida P DiVincenzo. Fizyczna realizacja obliczeń kwantowych. 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 i Yang Yu. Pomiar dyfuzji kwazicząstek w nadprzewodzącym kubicie transmonowym. Aplikacja 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 i in. Obserwacja skorelowanych par cząstka-dziura i porządku strun w niskowymiarowych izolatorach Motta. Science, 334 (6053): 200–203, 2011. 10.1126/science.1209284.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1209284

[15] Iulia M. Georgescu, Sahel Ashhab i Franco Nori. Symulacja kwantowa. Wielebny Mod. Fiz., 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 i Tilman Esslinger. Magnetyzm kwantowy krótkiego zasięgu ultrazimnych fermionów w sieci optycznej. 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 i Immanuel Bloch. Kwantowe przejście fazowe od nadciekłego do izolatora Motta w gazie ultrazimnych atomów. Nature, 415 (6867): 39–44, 2002. 10.1038/415039a.
https: / / doi.org/ 10.1038 / 415039a

[18] Michaela J. Hartmanna. Symulacja kwantowa z oddziałującymi fotonami. 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 i Martin B. Plenio. Kwantowe zjawiska wielu ciał w układach wnęk sprzężonych. 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 i Jens Koch. Symulacja kwantowa na chipie z obwodami nadprzewodzącymi. Nat. Fiz., 8 (4): 292–299, 2012. 10.1038/nphys2251.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys2251

[21] Manik Kapil, Bikash K. Behera i Prasanta K. Panigrahi. Kwantowa symulacja równania Kleina Gordona i obserwacja paradoksu Kleina w komputerze kwantowym IBM. Przedruk arXiv 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 i Paul M. Alsing. Demonstracja wyzwań ery NISQ w projektowaniu algorytmów na 20-kubitowym komputerze kwantowym 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 i William D. Oliver. Przewodnik inżyniera kwantowego po kubitach nadprzewodzących. Aplikacja Fiz. 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 i in. Uniwersalna cyfrowa symulacja kwantowa z uwięzionymi jonami. Science, 334 (6052): 57–61, 2011. 10.1126/science.1208001.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1208001

[25] Zhi Li, Liujun Zou i Timothy H. Hsieh. Tomografia Hamiltona metodą wygaszania kwantowego. Fiz. 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 i Cheng-Zhi Peng. Skalowalny i konfigurowalny generator przebiegów arbitralnych do obliczeń kwantowych nadprzewodzących. 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 i Alexey V Ustinov. Obserwacja bezpośrednio oddziałujących spójnych układów dwupoziomowych w materiale amorficznym. Nat. Commun., 6 (1): 1–6, 2015. 10.1038/ncomms7182.
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms7182

[28] Seth Lloyd. Uniwersalne symulatory kwantowe. 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 i Jonathan Simon. Tomografia Hamiltona sieci fotonicznych. Fiz. Rev. A, 95 (6): 062120, 2017. 10.1103/PhysRevA.95.062120.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.95.062120

[30] Moein Malekakhlagh, Easwar Magesan i David C McKay. Analiza pierwszych zasad działania bramki rezonansowej. Fiz. Rev. A, 102 (4): 042605, 2020. 10.1103/PhysRevA.102.042605.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.102.042605

[31] Daniela Malza i Adama Smitha. Topologiczna dwuwymiarowa sieć Floqueta na pojedynczym kubicie nadprzewodzącym. Fiz. 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 i in. Rozwiązywanie katastrofalnych wybuchów błędów powodowanych przez promienie kosmiczne w dużych układach nadprzewodzących kubitów. Nat. Fiz., 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 i P. Zoller. Symulacja otwartych układów kwantowych: od interakcji wielu ciał po pompowanie stabilizatorów. 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 i Mari Carmen Banuls. Model Quantum East: lokalizacja, nietermiczne stany własne i powolna dynamika. Fiz. Rev. X, 10 (2): 021051, 2020. 10.1103/PhysRevX.10.021051.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.10.021051

[35] Xinhua Peng, Jiangfeng Du i Dieter Suter. Kwantowe przejście fazowe splątania stanu podstawowego w łańcuchu spinowym Heisenberga symulowane w komputerze kwantowym NMR. Fiz. Rev. A, 71 (1): 012307, 2005. 10.1103/PhysRevA.71.012307.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.71.012307

[36] John Preskill. Obliczenia kwantowe w erze NISQ i później. Quantum, 2: 79, 2018. 10.22331 / q-2018-08-06-79.
https://doi.org/10.22331/q-2018-08-06-79

[37] Chada Rigettiego i Michela Devoreta. W pełni przestrajalne mikrofalowo uniwersalne bramki w kubitach nadprzewodzących ze sprzężeniami liniowymi i stałymi częstotliwościami przejścia. Fiz. 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 i in. Spektroskopowe sygnatury lokalizacji z oddziałującymi fotonami w kubitach nadprzewodzących. 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 i Jay M. Gambetta. Procedura systematycznego dostrajania przesłuchów w bramce rezonansu krzyżowego. Fiz. 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 i Johannes Knolle. Symulacja kwantowej dynamiki wielu ciał na obecnym cyfrowym komputerze kwantowym. 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 i Alexander N. Korotkov. Działanie i budżet błędów wewnętrznych dwukubitowej bramki rezonansu krzyżowego. Fiz. Rev. A, 100 (1): 012301, 2019. 10.1103/PhysRevA.100.012301.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.012301

[42] Hale F. Kłusak. O iloczynie półgrup operatorów. Proceedings of the American Mathematical Society, 10 (4): 545–551, 1959. 10.2307/2033649.
https: / / doi.org/ 10.2307 / 2033649

[43] Josepha Vovrosha i Johannesa Knolle. Dynamika uwięzienia i splątania na cyfrowym komputerze kwantowym. Nauka. 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 i Johannes Knolle. Proste łagodzenie globalnych błędów depolaryzacyjnych w symulacjach kwantowych. Fiz. 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 i Lu-Ming Duan. Tomografia Hamiltona dla kwantowych układów wielociałowych ze sprzężeniami arbitralnymi. 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] Samuela A. Wilkinsona i Michaela J. Hartmanna. Nadprzewodzące kwantowe obwody wielociałowe do symulacji kwantowej i obliczeń. Aplikacja Fiz. 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 i Shaojiang Zhu. Stabilizacja i poprawa spójności kubitów poprzez inżynierię widma szumów systemów dwupoziomowych. Fiz. 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 i in. Obserwacja termalizacji i szyfrowania informacji w nadprzewodzącym procesorze kwantowym. Fiz. Rev. Lett., 128 (16): 160502, 2022. 10.1103/PhysRevLett.128.160502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.160502

Cytowany przez

[1] Naoki Kanazawa, Daniel Egger, Yael Ben-Haim, Helena Zhang, William Shanks, Gadi Aleksandrowicz i Christopher Wood, „Eksperymenty Qiskit: pakiet Pythona do charakteryzowania i kalibrowania komputerów kwantowych”, Dziennik oprogramowania Open Source 8 84, 5329 (2023).

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

Powyższe cytaty pochodzą z Reklamy SAO / NASA (ostatnia aktualizacja pomyślnie 2024-02-22 13:05:17). Lista może być niekompletna, ponieważ nie wszyscy wydawcy podają odpowiednie i pełne dane cytowania.

Nie można pobrać Przywołane przez Crossref dane podczas ostatniej próby 2024-02-22 13:05:15: Nie można pobrać cytowanych danych dla 10.22331 / q-2024-02-22-1263 z Crossref. Jest to normalne, jeśli DOI zostało niedawno zarejestrowane.

Niniejszy artykuł opublikowano w Quantum pod Creative Commons Uznanie autorstwa 4.0 Międzynarodowe (CC BY 4.0) licencja. Prawa autorskie należą do pierwotnych właścicieli praw autorskich, takich jak autorzy lub ich instytucje.