Preparação livre de pós-seleção de Qubits físicos de alta qualidade

Republicado por Platão

seguidores: 0

Ben Barber, Neil I. Gillespie e JM Taylor

Riverlane, Cambridge, Reino Unido

Acha este artigo interessante ou deseja discutir? Scite ou deixe um comentário no SciRate.

Sumário

Melhorar rapidamente as fidelidades de porta para operações coerentes significa que erros na preparação e medição de estado (SPAM) podem se tornar uma fonte dominante de erro para operação tolerante a falhas de computadores quânticos. Isso é particularmente grave em sistemas supercondutores, onde as compensações na fidelidade da medição e na vida útil dos qubits limitaram o desempenho geral. Felizmente, a natureza essencialmente clássica da preparação e medição permite uma ampla variedade de técnicas para melhorar a qualidade usando qubits auxiliares combinados com controle clássico e pós-seleção. Na prática, porém, a pós-seleção complica muito o agendamento de processos como a extração de síndromes. Aqui apresentamos uma família de circuitos quânticos que preparam estados |0$rangle$ de alta qualidade sem pós-seleção, em vez disso, usando portas CNOT e Toffoli para permutar não linearmente a base computacional. Encontramos aprimoramentos de desempenho significativos quando os erros de fidelidade do portão de dois qubits ficam abaixo de 0.2% e um desempenho ainda melhor quando os portões Toffoli nativos estão disponíveis.

Preparação livre de pós-seleção de qubits físicos de alta qualidade PlatoBlockchain Data Intelligence. Pesquisa vertical. Ai.

► dados BibTeX

@article{Barber2023postselectionfree, doi = {10.22331/q-2023-05-04-994}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-05-04-994}, título = {Post- preparação sem seleção de qubits físicos de alta qualidade}, autor = {Barber, Ben e Gillespie, Neil I. e Taylor, JM}, diário = {{Quantum}}, issn = {2521-327X}, editor = {{ Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, volume = {7}, páginas = {994}, mês = maio, ano = {2023} }

► Referências

[1] 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. Supremacia quântica usando um processador supercondutor programável. Nature, 574 (7779): 505–510, 2019. 10.1038/s41586-019-1666-5.
https://doi.org/10.1038/s41586-019-1666-5

[2] Jacob Z. Blumoff, Andrew S. Pan, Tyler E. Keating, Reed W. Andrews, David W. Barnes, Teresa L. Brecht, Edward T. Croke, Larken E. Euliss, Jacob A. Fast, Clayton AC Jackson, Aaron M. Jones, Joseph Kerckhoff, Robert K. Lanza, Kate Raach, Bryan J. Thomas, Roland Velunta, Aaron J. Weinstein, Thaddeus D. Ladd, Kevin Eng, Matthew G. Borselli, Andrew T. Hunter e Matthew T. Rakher. Preparação e medição de estado rápidas e de alta fidelidade em qubits de spin de pontos quânticos triplos. PRX Quantum, 3: 010352, mar 2022. 10.1103/PRXQuantum.3.010352. URL https://doi.org/10.1103/PRXQuantum.3.010352.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.010352

[3] P. Oscar Boykin, Tal Mor, Vwani Roychowdhury, Farrokh Vatan e Rutger Vrijen. Resfriamento algorítmico e computadores quânticos NMR escaláveis. Proceedings of the National Academy of Sciences, 99 (6): 3388–3393, 2002. 10.1073/pnas.241641898.
https: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.241641898

[4] Gilles Brassard, Yuval Elias, Tal Mor e Yossi Weinstein. Perspectivas e limitações do resfriamento algorítmico. The European Physical Journal Plus, 129 (11): 1–16, 2014. 10.1140/epjp/i2014-14258-0.
https: / / doi.org/ 10.1140 / epjp / i2014-14258-0

[5] SM Brewer, J.-S. Chen, AM Hankin, ER Clements, CW Chou, DJ Wineland, DB Hume e DR Leibrandt. $^{27}$Al$^{+}$ relógio lógico quântico com uma incerteza sistemática abaixo de ${10}^{{-}18}$. Física Rev. Lett., 123: 033201, jul 2019. 10.1103/PhysRevLett.123.033201. URL https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.033201.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.033201

[6] Benjamin Desef. Yquant: Circuitos quânticos de composição em uma linguagem legível por humanos. 2020. 10.48550/ARXIV.2007.12931. URL https://arxiv.org/abs/2007.12931. arXiv:2007.12931.
https:///doi.org/10.48550/ARXIV.2007.12931
arXiv: 2007.12931

[7] John D. Dixon e Brian Mortimer. Grupos de permuta. Springer, Nova York, NY, 1996. 10.1007/978-1-4612-0731-3.
https://doi.org/10.1007/978-1-4612-0731-3

[8] Salvatore S. Elder, Christopher S. Wang, Philip Reinhold, Connor T. Hann, Kevin S. Chou, Brian J. Lester, Serge Rosenblum, Luigi Frunzio, Liang Jiang e Robert J. Schoelkopf. Medição de alta fidelidade de qubits codificados em circuitos supercondutores de vários níveis. Física Rev. X, 10: 011001, janeiro de 2020. 10.1103/PhysRevX.10.011001. URL https://doi.org/10.1103/PhysRevX.10.011001.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.10.011001

[9] Yuval Elias, Tal Mor e Yossi Weinstein. Resfriamento algorítmico praticável semiótimo. Física Rev. A, 83: 042340, abril de 2011. 10.1103/PhysRevA.83.042340. URL https://doi.org/10.1103/PhysRevA.83.042340.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.83.042340

[10] Alexander Erhard, Joel J. Wallman, Lukas Postler, Michael Meth, Roman Stricker, Esteban A. Martinez, Philipp Schindler, Thomas Monz, Joseph Emerson e Rainer Blatt. Caracterizando computadores quânticos de grande escala por meio de benchmarking de ciclo. Nature Communications, 10 (1): 1–7, 2019. 10.1038/s41467-019-13068-7.
https://doi.org/10.1038/s41467-019-13068-7

[11] José M. Fernandez, Seth Lloyd, Tal Mor e Vwani Roychowdhury. Resfriamento algorítmico de spins: Um método praticável para aumentar a polarização. International Journal of Quantum Information, 02 (04): 461–477, 2004. 10.1142/S0219749904000419. URL https://doi.org/10.1142/S0219749904000419.
https: / / doi.org/ 10.1142 / S0219749904000419

[12] David Gajewski. Análise de grupos gerados por portões quânticos. Tese de doutorado, Universidade de Toledo, 2009.

[13] Michael R. Geller e Mingyu Sun. Rumo à correção eficiente de erros de medição multiqubit: método de correlação de pares. Quantum Science and Technology, 6 (2): 025009, fev 2021. 10.1088/2058-9565/abd5c9. URL https://doi.org/10.1088/2058-9565/abd5c9.
https://doi.org/10.1088/2058-9565/abd5c9

[14] Rebecca Hicks, Bryce Kobrin, Christian W. Bauer e Benjamin Nachman. Mitigação de erro de leitura ativa. Física Rev. A, 105: 012419, janeiro de 2022. 10.1103/PhysRevA.105.012419. URL https://doi.org/10.1103/PhysRevA.105.012419.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.105.012419

[15] DB Hume, T. Rosenband e DJ Wineland. Detecção de qubit adaptável de alta fidelidade por meio de medições repetitivas de não demolição quântica. Física Rev. Lett., 99: 120502, set 2007. 10.1103/PhysRevLett.99.120502. URL https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.99.120502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.99.120502

[16] IBM. Elevando-se acima do ruído: os amplificadores quânticos permitem a leitura dos sistemas quânticos da IBM. Blog de pesquisa da IBM, janeiro de 2020. URL https://www.ibm.com/blogs/research/2020/01/quantum-limited-amplifiers/. https://www.ibm.com/blogs/research/2020/01/quantum-limited-amplifiers/.
https://www.ibm.com/blogs/research/2020/01/quantum-limited-amplifiers/

[17] L. Jiang, JS Hodges, JR Maze, P. Maurer, JM Taylor, DG Cory, PR Hemmer, RL Walsworth, A. Yacoby, AS Zibrov e MD Lukin. Leitura repetitiva de um único spin eletrônico via lógica quântica com ancillae de spin nuclear. Science, 326 (5950): 267–272, 2009. 10.1126/science.1176496. URL https://www.science.org/doi/abs/10.1126/science.1176496.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1176496

[18] Raymond Laflamme, Junan Lin e Tal Mor. Resfriamento algorítmico para resolução de preparação de estado e erros de medição em computação quântica. Physical Review A, 106 (1): 012439, 2022. 10.1103/PhysRevA.106.012439.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.106.012439

[19] Ilya N. Moskalenko, Ilya A. Simakov, Nikolay N. Abramov, Alexander A. Grigorev, Dmitry O. Moskalev, Anastasiya A. Pishchimova, Nikita S. Smirnov, Evgeniy V. Zikiy, Ilya A. Rodionov e Ilya S. Besedin . Portões de dois qubits de alta fidelidade em fluxoniums usando um acoplador sintonizável. npj Quantum Information, 8 (1): 130, 2022. 10.1038/s41534-022-00644-x.
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41534-022-00644-x

[20] A. Opremcak, CH Liu, C. Wilen, K. Okubo, BG Christensen, D. Sank, TC White, A. Vainsencher, M. Giustina, A. Megrant, B. Burkett, BLT Plourde e R. McDermott. Medição de alta fidelidade de um qubit supercondutor usando um contador de fótons de microondas no chip. Física Rev. X, 11: 011027, fev 2021. 10.1103/PhysRevX.11.011027. URL https://doi.org/10.1103/PhysRevX.11.011027.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.11.011027

[21] Riverlane. Código-fonte e dados por trás deste artigo. Github, agosto de 2022. URL https://github.com/riverlane/purification-without-post-selection. https://github.com/riverlane/purification-without-post-selection.
https://github.com/riverlane/purification-without-post-selection

[22] Leonard J. Schulman e Umesh V. Vazirani. Motores térmicos em escala molecular e computação quântica escalável. Em Anais do Trigésimo Primeiro Simpósio Anual da ACM sobre Teoria da Computação, STOC '99, página 322–329, Nova York, NY, EUA, 1999. Association for Computing Machinery. ISBN 1581130678. 10.1145/301250.301332. URL https://doi.org/10.1145/301250.301332.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 301250.301332

[23] Youngkyu Sung, Leon Ding, Jochen Braumüller, Antti Vepsäläinen, Bharath Kannan, Morten Kjaergaard, Ami Greene, Gabriel O. Samach, Chris McNally, David Kim, Alexander Melville, Bethany M. Niedzielski, Mollie E. Schwartz, Jonilyn L. Yoder, Terry P. Orlando, Simon Gustavsson e William D. Oliver. Realização de portas iSWAP sem CZ e ZZ de alta fidelidade com um acoplador ajustável. Física Rev. X, 11: 021058, junho de 2021. 10.1103/PhysRevX.11.021058. URL https://doi.org/10.1103/PhysRevX.11.021058.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.11.021058

[24] Yasunari Suzuki, Suguru Endo, Keisuke Fujii e Yuuki Tokunaga. Mitigação de erros quânticos como uma técnica universal de redução de erros: Aplicações do NISQ às eras da computação quântica tolerante a falhas. PRX Quantum, 3: 010345, mar 2022. 10.1103/PRXQuantum.3.010345. URL https://doi.org/10.1103/PRXQuantum.3.010345.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.010345

[25] Kristan Temme, Sergey Bravyi e Jay M. Gambetta. Mitigação de erros para circuitos quânticos de profundidade curta. Física Rev. Lett., 119: 180509, novembro de 2017. 10.1103/PhysRevLett.119.180509. URL https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.119.180509.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.180509

[26] Ye Wang, Stephen Crain, Chao Fang, Bichen Zhang, Shilin Huang, Qiyao Liang, Pak Hong Leung, Kenneth R. Brown e Jungsang Kim. Portas de dois qubits de alta fidelidade usando um sistema de direcionamento de feixe baseado em sistema microeletromecânico para endereçamento de qubit individual. Física Rev. Lett., 125: 150505, out 2020. 10.1103/PhysRevLett.125.150505. URL https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.150505.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.150505

[27] Kenneth Wright, Kristin M. Beck, Sea Debnath, JM Amini, Y. Nam, N. Grzesiak, J.-S. Chen, NC Pisenti, M. Chmielewski, C. Collins, et al. Benchmarking de um computador quântico de 11 qubits. Nature Communications, 10 (1): 1–6, 2019. 10.1038/s41467-019-13534-2.
https://doi.org/10.1038/s41467-019-13534-2

[28] Wenchao Xu, Aditya V. Venkatramani, Sergio H. Cantú, Tamara Šumarac, Valentin Klüsener, Mikhail D. Lukin e Vladan Vuletić. Preparação e detecção rápida de um qubit de Rydberg usando conjuntos atômicos. Física Rev. Lett., 127: 050501, jul 2021. 10.1103/PhysRevLett.127.050501. URL https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.050501.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.050501

Citado por

[1] Adam Kinos e Klaus Mølmer, “Operações ópticas de porta multiqubit em um registro quântico atômico bloqueado por excitação”, Pesquisa de Revisão Física 5 1, 013205 (2023).

As citações acima são de SAO / NASA ADS (última atualização com êxito 2023-05-06 00:27:38). A lista pode estar incompleta, pois nem todos os editores fornecem dados de citação adequados e completos.

On Serviço citado por Crossref nenhum dado sobre a citação de trabalhos foi encontrado (última tentativa 2023-05-06 00:27:36).

Este artigo é publicado na Quantum sob o Atribuição 4.0 do Creative Commons Internacional (CC BY 4.0) licença. Os direitos autorais permanecem com os detentores originais, como os autores ou suas instituições.

Conteúdo com tecnologia de SEO e distribuição de relações públicas. Seja amplificado hoje.
PlatoAiStream. Inteligência de Dados Web3. Conhecimento Amplificado. Acesse aqui.
Cunhando o Futuro com Adryenn Ashley. Acesse aqui.
Compre e venda ações em empresas PRE-IPO com PREIPO®. Acesse aqui.
Fonte: https://quantum-journal.org/papers/q-2023-05-04-994/

Carimbo de hora: 4 de maio de 2023

Preparação sem pós-seleção de qubits físicos de alta qualidade

Republicado por Platão

Sumário

► dados BibTeX

► Referências

Citado por

Mais de Diário Quântico

Extração de ergotropia: ligação de energia livre e aplicação em motores de ciclo aberto

Incompatibilidade de instrumentos quânticos

Resumo: Análise de Circuitos Quânticos via Simulação Abstrata de Estabilizador

Emaranhamento Contínuo-Variável através de Forças Centrais: Aplicação à Gravidade entre Massas Quânticas

Métodos Hibridizados para Simulação Quântica na Imagem de Interação

Processos de correção de erros topológicos a partir de integrais de caminho de ponto fixo

Criptografia independente de dispositivo composably seguro com exclusão certificada

O teorema da conservação de energia e da flutuação são incompatíveis para o trabalho quântico

TensorCircuit: um framework de software quântico para a era NISQ

Sobre Nós

Pesquisa vertical e IA

Plataforma

Fique Ligado

Conta