Analogna kvantna simulacija s transmonskimi kubiti s fiksno frekvenco

Analogna kvantna simulacija s transmonskimi kubiti s fiksno frekvenco

Časovni žig: 22. februar 2024 8

Sean Greenaway1, Adam Smith2,3, Florijan Mintert1,4in Daniel Malz5,6

1Oddelek za fiziko, Laboratorij Blackett, Imperial College London, Prince Consort Road, SW7 2BW, Združeno kraljestvo
2Šola za fiziko in astronomijo, Univerza v Nottinghamu, Nottingham, NG7 2RD, Združeno kraljestvo
3Center za matematiko in teoretično fiziko kvantnih neravnotežnih sistemov, Univerza v Nottinghamu, Nottingham, NG7 2RD, Združeno kraljestvo
4Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Bautzner Landstraße 400, 01328 Dresden, Nemčija
5Max-Planck-Inštitut za kvantno optiko, Hans-Kopfermann-Str. 1, 85748 Garching, Nemčija
6Oddelek za fiziko, Technische Universität München, James-Franck-Straße 1, 85748 Garching, Nemčija

Se vam zdi ta članek zanimiv ali želite razpravljati? Zaslišite ali pustite komentar na SciRate.

Minimalizem

Eksperimentalno ocenjujemo primernost transmonskih kubitov s fiksnimi frekvencami in fiksnimi interakcijami za realizacijo analognih kvantnih simulacij spinskih sistemov. Preizkušamo nabor potrebnih meril za ta cilj na komercialnem kvantnem procesorju z uporabo polne kvantne procesne tomografije in učinkovitejše Hamiltonove tomografije. Pomembne napake posameznega kubita pri nizkih amplitudah so opredeljene kot omejevalni dejavnik, ki preprečuje izvedbo analognih simulacij na trenutno razpoložljivih napravah. Poleg tega najdemo lažno dinamiko v odsotnosti pogonskih impulzov, ki jih identificiramo s koherentno sklopko med kubitom in nizkodimenzionalnim okoljem. Z zmernimi izboljšavami je morda možna analogna simulacija bogate družine časovno odvisnih vrtilnih hamiltonianov več teles.

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

► BibTeX podatki

► Reference

[1] Leonid V. Abdurakhimov, Imran Mahboob, Hiraku Toida, Kosuke Kakuyanagi, Yuichiro Matsuzaki in Shiro Saito. Identifikacija različnih tipov visokofrekvenčnih napak v superprevodnih kubitih. PRX Quantum, 3: 040332, december 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. Eksperimenti Qiskit, na voljo na 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: Odprtokodni okvir za kvantno računalništvo, 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. Kvantna nadvlada z uporabo programabilnega superprevodniškega procesorja. 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 idr. Digitalizirano adiabatno kvantno računalništvo s superprevodnim vezjem. Narava, 534 (7606): 222–226, 2016. 10.1038/​nature17658.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature17658

[6] Alexandre Blais, Steven M Girvin in William D Oliver. Kvantna obdelava informacij in kvantna optika s kvantno elektrodinamiko vezja. 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 in Christian F Roos. Kvantne simulacije z ujetimi ioni. Nat. Phys., 8 (4): 277–284, 2012. 10.1038/​nphys2252.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys2252

[8] Antoine Browaeys in Thierry Lahaye. Fizika več teles z individualno nadzorovanimi Rydbergovimi atomi. 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. Preprosta popolnoma mikrovalovna zapletljiva vrata za superprevodne kubite s fiksno frekvenco. Phys. Rev. Lett., 107 (8): 080502, 2011. 10.1103/​PhysRevLett.107.080502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.107.080502

[10] J Ignacio Cirac in Peter Zoller. Cilji in priložnosti v kvantni simulaciji. 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 in A Ya Tzalenchuk. Dvonivojski sistemi v superprevodnih kvantnih napravah zaradi ujetih kvazidelcev. Sci. Adv., 6 (51): eabc5055, 2020. 10.1126/​sciadv.abc5055.
https://​/​doi.org/​10.1126/​sciadv.abc5055

[12] David P. DiVincenzo. Fizična izvedba kvantnega računanja. 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 in Yang Yu. Merjenje difuzije kvazidelcev v superprevodnem transmonskem kubitu. 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 idr. Opazovanje koreliranih parov delec-luknja in vrstnega reda strun v nizkodimenzionalnih Mottovih izolatorjih. Znanost, 334 (6053): 200–203, 2011. 10.1126/​science.1209284.
https: / / doi.org/ 10.1126 / znanost.1209284

[15] Iulia M Georgescu, Sahel Ashhab in Franco Nori. Kvantna simulacija. 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 in Tilman Esslinger. Kvantni magnetizem kratkega dosega ultrahladnih fermionov v optični mreži. Znanost, 340 (6138): 1307–1310, 2013. 10.1126/​science.1236362.
https: / / doi.org/ 10.1126 / znanost.1236362

[17] Markus Greiner, Olaf Mandel, Tilman Esslinger, Theodor W Hänsch in Immanuel Bloch. Kvantni fazni prehod iz superfluida v Mottov izolator v plinu ultrahladnih atomov. Narava, 415 (6867): 39–44, 2002. 10.1038/​415039a.
https: / / doi.org/ 10.1038 / 415039a

[18] Michael J Hartmann. Kvantna simulacija z medsebojno delujočimi fotoni. 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 in Martin B Plenio. Kvantni pojav več teles v nizih sklopljenih votlin. 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 in Jens Koch. Kvantna simulacija na čipu s superprevodnimi vezji. Nat. Phys., 8 (4): 292–299, 2012. 10.1038/​nphys2251.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys2251

[21] Manik Kapil, Bikash K Behera in Prasanta K Panigrahi. Kvantna simulacija Klein Gordonove enačbe in opazovanje Kleinovega paradoksa v kvantnem računalniku IBM. arXiv prednatis 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 in Paul M Alsing. Predstavitev izzivov obdobja NISQ pri načrtovanju algoritmov na IBM-ovem 20-kubitnem kvantnem računalniku. 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 in William D. Oliver. Priročnik za kvantne inženirje po superprevodnih kubitih. 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. Univerzalna digitalna kvantna simulacija z ujetimi ioni. Znanost, 334 (6052): 57–61, 2011. 10.1126/​science.1208001.
https: / / doi.org/ 10.1126 / znanost.1208001

[25] Zhi Li, Liujun Zou in Timothy H Hsieh. Hamiltonova tomografija s kvantnim dušenjem. 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 in Cheng-Zhi Peng. Razširljiv in prilagodljiv generator poljubnih valovnih oblik za superprevodno kvantno računalništvo. 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 in Aleksej V Ustinov. Opazovanje neposredno medsebojno povezanih koherentnih dvonivojskih sistemov v amorfnem materialu. Nat. Commun., 6 (1): 1–6, 2015. 10.1038/​ncomms7182.
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms7182

[28] Seth Lloyd. Univerzalni kvantni simulatorji. Science, 273 (5278): 1073–1078, 1996. 10.1126 / znanost.273.5278.1073.
https: / / doi.org/ 10.1126 / znanost.273.5278.1073

[29] Ruichao Ma, Clai Owens, Aman LaChapelle, David I. Schuster in Jonathan Simon. Hamiltonova tomografija fotonskih mrež. 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 in David C McKay. Analiza prvih principov delovanja navzkrižnoresonančnih vrat. Phys. Rev. A, 102 (4): 042605, 2020. 10.1103/​PhysRevA.102.042605.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.102.042605

[31] Daniel Malz in Adam Smith. Topološka dvodimenzionalna Floquetova mreža na enem samem superprevodnem kubitu. 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. Reševanje katastrofalnih izbruhov napak iz kozmičnih žarkov v velikih nizih superprevodnih kubitov. 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 in P Zoller. Simulacija odprtih kvantnih sistemov: od interakcij več teles do črpanja stabilizatorja. 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 in Mari Carmen Banuls. Kvantni vzhodni model: lokalizacija, netoplotna lastna stanja in počasna dinamika. 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 in Dieter Suter. Kvantni fazni prehod prepletenosti osnovnega stanja v heisenbergovi spinski verigi, simulirani v kvantnem računalniku NMR. Phys. Rev. A, 71 (1): 012307, 2005. 10.1103/​PhysRevA.71.012307.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.71.012307

[36] John Preskill. Kvantno računalništvo v dobi NISQ in pozneje. Quantum, 2: 79, 2018. 10.22331 / q-2018-08-06-79.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2018-08-06-79

[37] Chad Rigetti in Michel Devoret. Popolnoma mikrovalovno nastavljiva univerzalna vrata v superprevodnih kubitih z linearnimi sklopkami in fiksnimi prehodnimi frekvencami. 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. Spektroskopski podpisi lokalizacije z medsebojno delujočimi fotoni v superprevodnih kubitih. Znanost, 358 (6367): 1175–1179, 2017. 10.1126/​science.aao1401.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.aao1401

[39] Sarah Sheldon, Easwar Magesan, Jerry M Chow in Jay M Gambetta. Postopek za sistematično prilagajanje navzkrižnega poslušanja v navzkrižnoresonančnih vratih. 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 in Johannes Knolle. Simulacija kvantne dinamike več teles na trenutnem digitalnem kvantnem računalniku. 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 in Alexander N Korotkov. Delovanje in intrinzični proračun napak dvokubitnih navzkrižno resonančnih vrat. Phys. Rev. A, 100 (1): 012301, 2019. 10.1103/​PhysRevA.100.012301.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.012301

[42] Hale F Trotter. O produktu polskupin operatorjev. Proceedings of the American Mathematical Society, 10 (4): 545–551, 1959. 10.2307/​2033649.
https: / / doi.org/ 10.2307 / 2033649

[43] Joseph Vovrosh in Johannes Knolle. Dinamika zaprtja in zapletanja na digitalnem kvantnem računalniku. 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 in Johannes Knolle. Preprosta ublažitev globalnih depolarizirajočih napak v kvantnih simulacijah. 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 in Lu-Ming Duan. Hamiltonova tomografija za kvantne sisteme več teles s poljubnimi sklopi. 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 in Michael J Hartmann. Superprevodna kvantna mnogotelesna vezja za kvantno simulacijo in računalništvo. 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 in Shaojiang Zhu. Stabilizacija in izboljšanje koherence Qubit z inženiringom spektra hrupa dvonivojskih sistemov. 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 itd. Opazovanje termalizacije in kodiranja informacij v superprevodnem kvantnem procesorju. Phys. Rev. Lett., 128 (16): 160502, 2022. 10.1103/​PhysRevLett.128.160502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.160502

Navedel

[1] Naoki Kanazawa, Daniel Egger, Yael Ben-Haim, Helena Zhang, William Shanks, Gadi Aleksandrowicz in Christopher Wood, »Poskusi Qiskit: paket Python za karakterizacijo in kalibracijo kvantnih računalnikov«, The Journal of Open Source Software 8 84, 5329 (2023).

[2] Yuxiang Peng, Jacob Young, Pengyu Liu in Xiaodi Wu, »SimuQ: okvir za programiranje kvantne hamiltonske simulacije z analogno kompilacijo«, arXiv: 2303.02775, (2023).

Zgornji citati so iz SAO / NASA ADS (zadnjič posodobljeno 2024-02-22 13:05:17). Seznam je morda nepopoln, saj vsi založniki ne dajejo ustreznih in popolnih podatkov o citiranju.

Pridobitve ni bilo mogoče Crossref citirani podatki med zadnjim poskusom 2024-02-22 13:05:15: Citiranih podatkov za 10.22331 / q-2024-02-22-1263 od Crossrefa ni bilo mogoče pridobiti. To je normalno, če je bil DOI registriran pred kratkim.

Ta dokument je objavljen v Quantumu pod Priznanje avtorstva Creative Commons 4.0 International (CC BY 4.0) licenca. Avtorske pravice ostajajo pri izvirnih imetnikih avtorskih pravic, kot so avtorji ali njihove ustanove.

Časovni žig:

Več od Quantum Journal