Simulare cuantică analogică cu qubiți transmoni cu frecvență fixă

Simulare cuantică analogică cu qubiți transmoni cu frecvență fixă

Marca temporală: 22 februarie 2024 8:02

Sean Greenaway1, Adam smith2,3, Florian Mintert1,4și Daniel Malz5,6

1Departamentul de fizică, Blackett Laboratory, Imperial College London, Prince Consort Road, SW7 2BW, Regatul Unit
2Școala de Fizică și Astronomie, Universitatea din Nottingham, Nottingham, NG7 2RD, Marea Britanie
3Centrul de matematică și fizică teoretică a sistemelor cuantice fără echilibru, Universitatea din Nottingham, Nottingham, NG7 2RD, Marea Britanie
4Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Bautzner Landstraße 400, 01328 Dresda, Germania
5Max-Planck-Institutul de Optică Cuantică, Hans-Kopfermann-Str. 1, 85748 Garching, Germania
6Departamentul de Fizică, Technische Universität München, James-Franck-Straße 1, 85748 Garching, Germania

Găsiți această lucrare interesant sau doriți să discutați? Scite sau lasă un comentariu la SciRate.

Abstract

Evaluăm experimental adecvarea qubiților transmoni cu frecvențe fixe și interacțiuni fixe pentru realizarea de simulări cuantice analogice ale sistemelor de spin. Testăm un set de criterii necesare pentru acest obiectiv pe un procesor cuantic comercial utilizând tomografie completă cu proces cuantic și tomografie hamiltoniană mai eficientă. Erorile semnificative de un singur qubit la amplitudini mici sunt identificate ca un factor limitator care împiedică realizarea de simulări analogice pe dispozitivele disponibile în prezent. În plus, găsim o dinamică falsă în absența impulsurilor de antrenare, pe care le identificăm cu o cuplare coerentă între qubit și un mediu cu dimensiuni reduse. Cu îmbunătățiri moderate, poate fi posibilă simularea analogică a unei familii bogate de hamiltonieni de spin cu mai multe corpuri dependente de timp.

Analogue Quantum Simulation with Fixed-Frequency Transmon Qubits PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertical Search. Ai.

► Date BibTeX

► Referințe

[1] Leonid V. Abdurakhimov, Imran Mahboob, Hiraku Toida, Kosuke Kakuyanagi, Yuichiro Matsuzaki și Shiro Saito. Identificarea diferitelor tipuri de defecte de înaltă frecvență în qubiții supraconductori. PRX Quantum, 3: 040332, Dec 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. Experimente Qiskit, disponibile la github.com/​qiskit/​qiskit-experiments. Adresa 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: Un cadru open-source pentru calculul cuantic, 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 și colab. Supremația cuantică folosind un procesor supraconductor programabil. 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 și colab. Calcul cuantic adiabatic digitalizat cu un circuit supraconductor. Nature, 534 (7606): 222–226, 2016. 10.1038/​nature17658.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature17658

[6] Alexandre Blais, Steven M Girvin și William D Oliver. Procesarea informațiilor cuantice și optica cuantică cu electrodinamică cuantică a circuitelor. 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 și Christian F Roos. Simulări cuantice cu ioni prinși. Nat. Phys., 8 (4): 277–284, 2012. 10.1038/​nphys2252.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys2252

[8] Antoine Browaeys și Thierry Lahaye. Fizica mai multor corpuri cu atomi Rydberg controlați individual. 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 și colab. Poartă simplă de încurcare cu microunde pentru qubiți supraconductori cu frecvență fixă. Fiz. Rev. Lett., 107 (8): 080502, 2011. 10.1103/​PhysRevLett.107.080502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.107.080502

[10] J Ignacio Cirac și Peter Zoller. Obiective și oportunități în simularea cuantică. 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 și A Ya Tzalenchuk. Sisteme cu două niveluri în dispozitive cuantice supraconductoare datorită cvasiparticulelor prinse. Sci. Adv., 6 (51): eabc5055, 2020. 10.1126/​sciadv.abc5055.
https://​/​doi.org/​10.1126/​sciadv.abc5055

[12] David P DiVincenzo. Implementarea fizică a calculului cuantic. 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 și Yang Yu. Măsurarea difuziei cvasiparticulelor într-un qubit transmon supraconductor. 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. Observarea perechilor particule-găuri corelate și a ordinii șirurilor în izolatorii Mott de dimensiuni joase. Science, 334 (6053): 200–203, 2011. 10.1126/​science.1209284.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1209284

[15] Iulia M Georgescu, Sahel Ashhab și Franco Nori. Simulare cuantică. 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 și Tilman Esslinger. Magnetismul cuantic cu rază scurtă de acțiune al fermionilor ultrareci într-o rețea optică. 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 și Immanuel Bloch. Tranziția de fază cuantică de la un superfluid la un izolator Mott într-un gaz de atomi ultrareci. Nature, 415 (6867): 39–44, 2002. 10.1038/​415039a.
https: / / doi.org/ 10.1038 / 415039a

[18] Michael J Hartmann. Simulare cuantică cu fotoni care interacționează. 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 și Martin B Plenio. Fenomene cuantice cu mai multe corpuri în rețele de cavități cuplate. 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 și Jens Koch. Simulare cuantică pe cip cu circuite supraconductoare. Nat. Phys., 8 (4): 292–299, 2012. 10.1038/​nphys2251.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys2251

[21] Manik Kapil, Bikash K Behera și Prasanta K Panigrahi. Simularea cuantică a ecuației Klein Gordon și observarea paradoxului Klein în computerul cuantic IBM. 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 și Paul M Alsing. Demonstrarea provocărilor erei NISQ în proiectarea algoritmului pe computerul cuantic de 20 de qubiți al 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 și William D Oliver. Ghidul unui inginer cuantic pentru qubiții supraconductori. Appl. 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 și colab. Simulare cuantică digitală universală cu ioni prinși. Science, 334 (6052): 57–61, 2011. 10.1126/​science.1208001.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1208001

[25] Zhi Li, Liujun Zou și Timothy H Hsieh. Tomografia hamiltoniană prin stingere cuantică. 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 și Cheng-Zhi Peng. Generator de forme de undă arbitrare scalabil și personalizabil pentru calculul cuantic supraconductor. 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 și Alexey V Ustinov. Observarea sistemelor coerente pe două niveluri care interacționează direct într-un material amorf. Nat. Commun., 6 (1): 1–6, 2015. 10.1038/​ncomms7182.
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms7182

[28] Seth Lloyd. Simulatoare cuantice universale. 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 și Jonathan Simon. Tomografia hamiltoniană a rețelelor fotonice. 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 și David C McKay. Analiza principiilor de funcționare a porții cu rezonanță încrucișată. Fiz. Rev. A, 102 (4): 042605, 2020. 10.1103/​PhysRevA.102.042605.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.102.042605

[31] Daniel Malz și Adam Smith. Rețea Floquet bidimensională topologică pe un singur qubit supraconductor. 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 și colab. Rezolvarea erorilor catastrofale de la razele cosmice în rețele mari de qubiți supraconductori. 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 și P Zoller. Simularea sistemelor cuantice deschise: de la interacțiuni cu mai multe corpuri la pomparea stabilizatorului. 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 și Mari Carmen Banuls. Modelul Quantum East: Localizare, stări proprii netermale și dinamică lentă. 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 și Dieter Suter. Tranziția de fază cuantică a încrucișării stării fundamentale într-un lanț de spin Heisenberg simulat într-un computer cuantic RMN. Fiz. Rev. A, 71 (1): 012307, 2005. 10.1103/​PhysRevA.71.012307.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.71.012307

[36] John Preskill. Calcularea cuantică în epoca NISQ și nu numai. Quantum, 2: 79, 2018. 10.22331 / q-2018-08-06-79.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2018-08-06-79

[37] Chad Rigetti și Michel Devoret. Porți universale complet reglabile cu microunde în qubiți supraconductori cu cuplari liniare și frecvențe de tranziție fixe. 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 și colab. Semnături spectroscopice de localizare cu fotoni care interacționează în qubiți supraconductori. 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 și Jay M Gambetta. Procedura pentru reglarea sistematică a diafoniei în poarta de rezonanță încrucișată. 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 și Johannes Knolle. Simularea dinamicii cuantice a mai multor corpuri pe un computer cuantic digital actual. 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 și Alexander N Korotkov. Funcționarea și bugetul de eroare intrinsecă a unei porți de rezonanță încrucișată de doi qubiți. Fiz. Rev. A, 100 (1): 012301, 2019. 10.1103/​PhysRevA.100.012301.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.012301

[42] Hale F Trotter. Pe produsul semigrupurilor de operatori. Proceedings of the American Mathematical Society, 10 (4): 545–551, 1959. 10.2307/​2033649.
https: / / doi.org/ 10.2307 / 2033649

[43] Joseph Vovrosh și Johannes Knolle. Dinamica de confinare și încurcare pe un computer cuantic digital. 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 și Johannes Knolle. Atenuarea simplă a erorilor globale de depolarizare în simulările cuantice. 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 și Lu-Ming Duan. Tomografia hamiltoniană pentru sisteme cuantice cu mai multe corpuri cu cuplari arbitrare. 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 și Michael J Hartmann. Circuite cuantice cu mai multe corpuri supraconductoare pentru simulare și calcul cuantic. Appl. 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 și Shaojiang Zhu. Stabilizarea și îmbunătățirea coerenței qubitului prin proiectarea spectrului de zgomot al sistemelor cu două niveluri. 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 și colab. Observarea termalizării și amestecării informațiilor într-un procesor cuantic supraconductor. Fiz. Rev. Lett., 128 (16): 160502, 2022. 10.1103/​PhysRevLett.128.160502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.160502

Citat de

[1] Naoki Kanazawa, Daniel Egger, Yael Ben-Haim, Helena Zhang, William Shanks, Gadi Aleksandrowicz și Christopher Wood, „Qiskit Experiments: A Python package to characterize and calibrate quantum computers”, The Journal of Open Source Software 8 84, 5329 (2023).

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

Citatele de mai sus sunt din ADS SAO / NASA (ultima actualizare cu succes 2024-02-22 13:05:17). Lista poate fi incompletă, deoarece nu toți editorii furnizează date de citare adecvate și complete.

Nu a putut să aducă Date citate încrucișate în ultima încercare 2024-02-22 13:05:15: Nu s-au putut prelua date citate pentru 10.22331 / q-2024-02-22-1263 de la Crossref. Acest lucru este normal dacă DOI a fost înregistrat recent.

Acest Lucru este publicat în Quantum sub Creative Commons Atribuire 4.0 internațională (CC BY 4.0) licență. Drepturile de autor rămân la deținătorii de drepturi de autor originale, precum autorii sau instituțiile lor.

Timestamp-ul:

Mai mult de la Jurnalul cuantic