Постселекционная подготовка качественных физических кубитов

Постселекционная подготовка качественных физических кубитов

Отметка времени: 4 мая 2023 г., 8:22

Бен Барбер, Нил И. Гиллеспи и Дж. М. Тейлор

Риверлейн, Кембридж, Великобритания

Находите эту статью интересной или хотите обсудить? Scite или оставить комментарий на SciRate.

Абстрактные

Быстрое улучшение точности логических элементов для когерентных операций означает, что ошибки в подготовке и измерении состояний (СПАМ) могут стать доминирующим источником ошибок для отказоустойчивой работы квантовых компьютеров. Это особенно остро проявляется в сверхпроводящих системах, где компромисс между точностью измерения и временем жизни кубита ограничивает общую производительность. К счастью, по существу классический характер подготовки и измерения позволяет использовать широкий спектр методов улучшения качества с использованием вспомогательных кубитов в сочетании с классическим контролем и пост-селекцией. На практике, однако, постселекция значительно усложняет планирование таких процессов, как извлечение синдрома. Здесь мы представляем семейство квантовых схем, которые подготавливают высококачественные состояния |0$rangle$ без постселекции, вместо этого используя вентили CNOT и Тоффоли для нелинейной перестановки вычислительной основы. Мы обнаруживаем значительное повышение производительности, когда ошибки точности двухкубитных вентилей опускаются ниже 0.2%, и еще более высокую производительность, когда доступны собственные вентили Тоффоли.

Подготовка высококачественных физических кубитов без постселекции PlatoBlockchain Data Intelligence. Вертикальный поиск. Ай.

► Данные BibTeX

► Рекомендации

[1] Фрэнк Аруте, Кунал Арья, Райан Бэббуш, Дэйв Бэкон, Джозеф С. Бардин, Рами Барендс, Рупак Бисвас, Серхио Бойшо, Фернандо Г.С.Л. Брандао, Дэвид А. Бьюэлл и др. Квантовое превосходство с помощью программируемого сверхпроводящего процессора. Nature, 574 (7779): 505–510, 2019. 10.1038/​s41586-019-1666-5.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-019-1666-5

[2] Джейкоб З. Блумофф, Эндрю С. Пэн, Тайлер Э. Китинг, Рид В. Эндрюс, Дэвид В. Барнс, Тереза ​​Л. Брехт, Эдвард Т. Кроук, Ларкен Э. Юлисс, Джейкоб А. Фаст, Клейтон AC Джексон, Аарон М. Джонс, Джозеф Керкхофф, Роберт К. Ланца, Кейт Раах, Брайан Дж. Томас, Роланд Велунта, Аарон Дж. Вайнштейн, Таддеус Д. Лэдд, Кевин Энг, Мэтью Г. Борселли, Эндрю Т. Хантер и Мэтью Т. Рахер. Быстрая и высокоточная подготовка и измерение состояния спиновых кубитов с тройными квантовыми точками. PRX Quantum, 3: 010352, март 2022 г. 10.1103/​PRXQuantum.3.010352. URL https://​/​doi.org/​10.1103/​PRXQuantum.3.010352.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.010352

[3] П. Оскар Бойкин, Тал Мор, Ввани Ройчоудхури, Фаррох Ватан и Рутгер Врайен. Алгоритмическое охлаждение и масштабируемые квантовые компьютеры ЯМР. Труды Национальной академии наук, 99 (6): 3388–3393, 2002. 10.1073/​pnas.241641898.
https: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.241641898

[4] Жиль Брассар, Юваль Элиас, Таль Мор и Йосси Вайнштейн. Перспективы и ограничения алгоритмического охлаждения. 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] С. М. Брюэр, Ж.-С. Чен, А. М. Ханкин, Э. Р. Клементс, Ч. В. Чоу, Д. Д. Вайнленд, Д. Б. Хьюм и Д. Р. Лейбрандт. $^{27}$Al$^{+}$ квантово-логические часы с систематической погрешностью ниже ${10}^{{-}18}$. физ. Rev. Lett., 123: 033201, июль 2019 г. 10.1103/​PhysRevLett.123.033201. URL https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.123.033201.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.033201

[6] Бенджамин Десеф. Yquant: набор квантовых схем на понятном человеку языке. 2020. 10.48550/​ARXIV.2007.12931. URL https://​/​arxiv.org/​abs/​2007.12931. архив: 2007.12931.
https://​/​doi.org/​10.48550/​ARXIV.2007.12931
Arxiv: 2007.12931

[7] Джон Д. Диксон и Брайан Мортимер. Группы перестановок. Springer, New York, NY, 1996. 10.1007/​978-1-4612-0731-3.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-1-4612-0731-3

[8] Сальваторе С. Элдер, Кристофер С. Ван, Филип Рейнхольд, Коннор Т. Ханн, Кевин С. Чоу, Брайан Дж. Лестер, Серж Розенблюм, Луиджи Фрунцио, Лян Цзян и Роберт Дж. Шолкопф. Высокоточное измерение кубитов, закодированных в многоуровневых сверхпроводящих цепях. физ. X, 10: 011001, январь 2020 г. 10.1103/​PhysRevX.10.011001. URL https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevX.10.011001.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.10.011001

[9] Юваль Элиас, Таль Мор и Йосси Вайнштейн. Полуоптимальное практически реализуемое алгоритмическое охлаждение. физ. Rev. A, 83: 042340, апрель 2011 г. 10.1103/​PhysRevA.83.042340. URL-адрес https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.83.042340.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.83.042340

[10] Александр Эрхард, Джоэл Дж. Уоллман, Лукас Постлер, Майкл Мет, Роман Стрикер, Эстебан А. Мартинес, Филипп Шиндлер, Томас Монц, Джозеф Эмерсон и Райнер Блатт. Характеристика крупномасштабных квантовых компьютеров с помощью циклического бенчмаркинга. Nature Communications, 10 (1): 1–7, 2019. 10.1038/​s41467-019-13068-7.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-019-13068-7

[11] Хосе М. Фернандес, Сет Ллойд, Тал Мор и Ввани Ройчоудхури. Алгоритмическое охлаждение спинов: практический метод увеличения поляризации. Международный журнал квантовой информации, 02 (04): 461–477, 2004. 10.1142/​S0219749904000419. URL https://​/​doi.org/​10.1142/​S0219749904000419.
https: / / doi.org/ 10.1142 / S0219749904000419

[12] Давид Гаевский. Анализ групп, порожденных квантовыми вентилями. Кандидатская диссертация, Университет Толедо, 2009 г.

[13] Майкл Р. Геллер и Мингью Сун. На пути к эффективной коррекции ошибок многокубитных измерений: метод парной корреляции. Quantum Science and Technology, 6 (2): 025009, февраль 2021 г. 10.1088/​2058-9565/​abd5c9. URL https://​/​doi.org/​10.1088/​2058-9565/​abd5c9.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​2058-9565/​abd5c9

[14] Ребекка Хикс, Брайс Кобрин, Кристиан В. Бауэр и Бенджамин Нахман. Активное устранение ошибок считывания. физ. Rev. A, 105: 012419, январь 2022 г. 10.1103/​PhysRevA.105.012419. URL https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.105.012419.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.105.012419

[15] Д. Б. Хьюм, Т. Розенбанд и ди-джей Вайнленд. Высокоточное адаптивное обнаружение кубитов с помощью повторяющихся квантовых измерений без разрушения. физ. Rev. Lett., 99: 120502, сентябрь 2007 г. 10.1103/​PhysRevLett.99.120502. URL https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.99.120502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.99.120502

[16] ИБМ. Подъем над шумом: усилители с квантовым ограничением расширяют возможности считывания квантовых систем IBM. Блог IBM Research, январь 2020 г. 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] Л. Цзян, Дж. С. Ходжес, Дж. Р. Мэйз, П. Маурер, Дж. М. Тейлор, Д. Г. Кори, П. Р. Хеммер, Р. Л. Уолсворт, А. Якоби, А. С. Зибров и М. Д. Лукин. Повторяющееся считывание одного электронного спина с помощью квантовой логики с помощью вспомогательных ядерных спинов. 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] Раймонд Лафламм, Джунан Лин и Тал Мор. Алгоритмическое охлаждение для разрешения ошибок подготовки состояния и измерения в квантовых вычислениях. Physical Review A, 106 (1): 012439, 2022. 10.1103/​PhysRevA.106.012439.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.106.012439

[19] Илья Н. Москаленко, Илья А. Симаков, Николай Н. Абрамов, Александр А. Григорьев, Дмитрий О. Москалев, Анастасия А. Пищимова, Никита С. Смирнов, Евгений В. Зикий, Илья А. Родионов и Илья С. Беседин . Высокоточные двухкубитные вентили на флюксониумах с использованием настраиваемого ответвителя. npj Quantum Information, 8 (1): 130, 2022. 10.1038/​s41534-022-00644-x.
HTTPS: / / doi.org/ 10.1038 / s41534-022-00644-х

[20] А. Опремчак, Ч. Лю, К. Вилен, К. Окубо, Б. Г. Кристенсен, Д. Санк, Т. С. Уайт, А. Вайнсенчер, М. Джустина, А. Мегрант, Б. Беркетт, Б. Л. Т. Плурде и Р. Макдермотт. Высокоточное измерение сверхпроводящего кубита с использованием встроенного микроволнового счетчика фотонов. физ. Rev. X, 11: 011027, февраль 2021 г. 10.1103/​PhysRevX.11.011027. URL https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevX.11.011027.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.11.011027

[21] Риверлейн. Исходный код и данные, лежащие в основе этой статьи. Github, август 2022 г. URL https://​/​github.com/​riverlane/​purification-without-post-selection. https://​/​github.com/​riverlane/​purification-without-post-selection.
https://​/​github.com/​riverlane/​очищение-без-пост-выбора

[22] Леонард Дж. Шульман и Умеш В. Вазирани. Молекулярные тепловые двигатели и масштабируемые квантовые вычисления. В материалах тридцать первого ежегодного симпозиума ACM по теории вычислений, STOC '99, стр. 322–329, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США, 1999 г. Ассоциация вычислительной техники. ISBN 1581130678. 10.1145/​301250.301332. URL https://​/​doi.org/​10.1145/​301250.301332.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 301250.301332

[23] Ёнгкю Сон, Леон Дин, Йохен Браумюллер, Антти Вепсаляйнен, Бхарат Каннан, Мортен Кьергаард, Ами Грин, Габриэль О. Самах, Крис МакНалли, Дэвид Ким, Александр Мелвилл, Бетани М. Нидзельски, Молли Э. Шварц, Джонилин Л. Йодер, Терри П. Орландо, Саймон Густавссон и Уильям Д. Оливер. Реализация высокоточных вентилей iSWAP без CZ и ZZ с настраиваемым соединителем. физ. X, 11: 021058, июнь 2021 г. 10.1103/​PhysRevX.11.021058. URL-адрес https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevX.11.021058.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.11.021058

[24] Ясунари Судзуки, Сугуру Эндо, Кейсуке Фуджи и Юки Токунага. Квантовое уменьшение ошибок как универсальный метод уменьшения ошибок: приложения от NISQ до эпохи отказоустойчивых квантовых вычислений. PRX Quantum, 3: 010345, март 2022 г. 10.1103/​PRXQuantum.3.010345. URL https://​/​doi.org/​10.1103/​PRXQuantum.3.010345.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.010345

[25] Кристан Темме, Сергей Бравый и Джей М. Гамбетта. Снижение ошибок для квантовых цепей с малой глубиной. физ. Rev. Lett., 119: 180509, ноябрь 2017 г. 10.1103/​PhysRevLett.119.180509. URL https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.119.180509.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.180509

[26] Йе Ван, Стивен Крейн, Чао Фан, Бичен Чжан, Шилин Хуанг, Цияо Лян, Пак Хонг Люн, Кеннет Р. Браун и Юнгсан Ким. Высокоточные двухкубитные вентили, использующие систему управления лучом на основе микроэлектромеханической системы для адресации отдельных кубитов. физ. Rev. Lett., 125: 150505, октябрь 2020 г. 10.1103/​PhysRevLett.125.150505. URL https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.125.150505.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.150505

[27] Кеннет Райт, Кристин М. Бек, Си Дебнат, Дж. М. Амини, Ю. Нам, Н. Гжесяк, Дж.-С. Chen, NC Pisenti, M. Chmielewski, C. Collins, et al. Тестирование квантового компьютера с 11 кубитами. Nature Communications, 10 (1): 1–6, 2019. 10.1038/​s41467-019-13534-2.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-019-13534-2

[28] Венчао Сюй, Адитья В. Венкатрамани, Серхио Х. Канту, Тамара Шумарац, Валентин Клюсенер, Михаил Д. Лукин и Владан Вулетич. Быстрое приготовление и обнаружение ридберговского кубита с использованием атомных ансамблей. физ. Rev. Lett., 127: 050501, июль 2021 г. 10.1103/​PhysRevLett.127.050501. URL https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.127.050501.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.050501

Цитируется

[1] Адам Кинос и Клаус Мёльмер, «Операции оптических многокубитных вентилей в атомном квантовом регистре с блокировкой возбуждения», Physical Review Research 5, 1 (013205).

Приведенные цитаты из САО / НАСА ADS (последнее обновление успешно 2023-05-06 00:27:38). Список может быть неполным, поскольку не все издатели предоставляют подходящие и полные данные о цитировании.

On Цитируемый сервис Crossref Данные о цитировании работ не найдены (последняя попытка 2023-05-06 00:27:36).

Эта статья опубликована в Quantum под Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) лицензия. Авторское право остается за первоначальными правообладателями, такими как авторы или их учреждения.

Отметка времени:

Больше от Квантовый журнал