Analog kvantsimulering med fast frekvens Transmon Qubits

Återutgiven av Platon

anhängare: 0

Sean Greenaway¹, Adam Smith^2,3, Florian Mintert^1,4och Daniel Malz^5,6

¹Fysikavdelningen, Blackett Laboratory, Imperial College London, Prince Consort Road, SW7 2BW, Storbritannien
²School of Physics and Astronomy, University of Nottingham, Nottingham, NG7 2RD, Storbritannien
³Center for the Mathematics and Theoretical Physics of Quantum Non-Equilibrium Systems, University of Nottingham, Nottingham, NG7 2RD, Storbritannien
⁴Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Bautzner Landstraße 400, 01328 Dresden, Tyskland
⁵Max-Planck-Institute of Quantum Optics, Hans-Kopfermann-Str. 1, 85748 Garching, Tyskland
⁶Institutionen för fysik, Technische Universität München, James-Franck-Straße 1, 85748 Garching, Tyskland

Hitta det här uppsatsen intressant eller vill diskutera? Scite eller lämna en kommentar på SciRate.

Abstrakt

Vi bedömer experimentellt lämpligheten av transmon-kvantbitar med fasta frekvenser och fasta interaktioner för realisering av analoga kvantsimuleringar av spinnsystem. Vi testar en uppsättning nödvändiga kriterier för detta mål på en kommersiell kvantprocessor med full kvantprocestomografi och effektivare Hamiltonsk tomografi. Signifikanta enstaka qubit-fel vid låga amplituder identifieras som en begränsande faktor som förhindrar realiseringen av analoga simuleringar på för närvarande tillgängliga enheter. Vi hittar dessutom falsk dynamik i frånvaro av drivpulser, som vi identifierar med koherent koppling mellan qubit och en lågdimensionell miljö. Med måttliga förbättringar kan analog simulering av en rik familj av tidsberoende Hamiltonianer med många kroppar vara möjlig.

Analog kvantsimulering med fast frekvens Transmon Qubits PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertikal sökning. Ai.

► BibTeX-data

@article{Greenaway2024analoguequantum, doi = {10.22331/q-2024-02-22-1263}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2024-02-22-1263}, title = {{2521} Q}uantum {S}imulering med {F}fixerad{F}frekvens {T}ransmon {Q}ubits}, författare = {Greenaway, Sean och Smith, Adam och Mintert, Florian och Malz, Daniel}, journal = { {Quantum}}, issn = {327-8X}, utgivare = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, volym = {1263}, sidor = {2024}, månad = feb, år = {XNUMX} }

► Referenser

[1] Leonid V. Abdurakhimov, Imran Mahboob, Hiraku Toida, Kosuke Kakuyanagi, Yuichiro Matsuzaki och Shiro Saito. Identifiering av olika typer av högfrekventa defekter i supraledande qubits. 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. Qiskit-experiment, tillgängliga på 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: Ett ramverk med öppen källkod för kvantberäkning, 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. Quantum supremacy med hjälp av en programmerbar superledande processor. 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, et al. Digitaliserad adiabatisk kvantberäkning med en supraledande krets. Nature, 534 (7606): 222–226, 2016. 10.1038/nature17658.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature17658

[6] Alexandre Blais, Steven M Girvin och William D Oliver. Kvantinformationsbehandling och kvantoptik med krets kvantelektrodynamik. 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 och Christian F Roos. Kvantsimuleringar med fångade joner. Nat. Phys., 8 (4): 277–284, 2012. 10.1038/nphys2252.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys2252

[8] Antoine Browaeys och Thierry Lahaye. Många kroppsfysik med individuellt styrda Rydberg-atomer. 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. Enkel hoptrasslingsgrind för helt mikrovågor för supraledande qubits med fast frekvens. Phys. Rev. Lett., 107 (8): 080502, 2011. 10.1103/PhysRevLett.107.080502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.107.080502

[10] J Ignacio Cirac och Peter Zoller. Mål och möjligheter i kvantsimulering. 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 och A Ya Tzalenchuk. Tvånivåsystem i supraledande kvantenheter på grund av fångade kvasipartiklar. Sci. Adv., 6 (51): eabc5055, 2020. 10.1126/sciadv.abc5055.
https:///doi.org/10.1126/sciadv.abc5055

[12] David P DiVincenzo. Den fysiska implementeringen av kvantberäkning. 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 och Yang Yu. Mätning av kvasipartikeldiffusion i en supraledande transmon qubit. 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. Observation av korrelerade partikel-hål-par och strängordning i lågdimensionella Mott-isolatorer. Science, 334 (6053): 200–203, 2011. 10.1126/science.1209284.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1209284

[15] Iulia M Georgescu, Sahel Ashhab och Franco Nori. Kvantsimulering. 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 och Tilman Esslinger. Kortdistans kvantmagnetism av ultrakalla fermioner i ett optiskt gitter. 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 och Immanuel Bloch. Kvantfasövergång från en superfluid till en Mott-isolator i en gas av ultrakalla atomer. Nature, 415 (6867): 39–44, 2002. 10.1038/415039a.
https: / / doi.org/ 10.1038 / 415039a

[18] Michael J Hartmann. Kvantsimulering med interagerande fotoner. 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 och Martin B Plenio. Quantum många kroppsfenomen i kopplade kavitetsuppsättningar. 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 och Jens Koch. On-chip kvantsimulering med supraledande kretsar. Nat. Phys., 8 (4): 292–299, 2012. 10.1038/nphys2251.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys2251

[21] Manik Kapil, Bikash K Behera och Prasanta K Panigrahi. Kvantsimulering av Klein Gordons ekvation och observation av klein paradox i IBM kvantdator. 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 och Paul M Alsing. Demonstrerar NISQ-erans utmaningar i algoritmdesign på IBMs 20 qubit kvantdator. 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 och William D Oliver. En kvantingenjörs guide till supraledande qubits. 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. Universell digital kvantsimulering med fångade joner. Science, 334 (6052): 57–61, 2011. 10.1126/science.1208001.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1208001

[25] Zhi Li, Liujun Zou och Timothy H Hsieh. Hamiltonsk tomografi via kvantdämpning. 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 och Cheng-Zhi Peng. Skalbar och anpassningsbar godtycklig vågformsgenerator för supraledande kvantberäkning. 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 och Alexey V Ustinov. Observation av direkt interagerande koherenta tvånivåsystem i ett amorft material. Nat. Commun., 6 (1): 1–6, 2015. 10.1038/ncomms7182.
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms7182

[28] Seth Lloyd. Universella kvantsimulatorer. 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 och Jonathan Simon. Hamiltonsk tomografi av fotoniska gitter. 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 och David C McKay. Första principanalys av korsresonansgrinddrift. Phys. Rev. A, 102 (4): 042605, 2020. 10.1103/PhysRevA.102.042605.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.102.042605

[31] Daniel Malz och Adam Smith. Topologiskt tvådimensionellt Floquet-gitter på en enda supraledande qubit. 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. Att lösa katastrofala felskurar från kosmiska strålar i stora arrayer av supraledande qubits. 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 och P Zoller. Simulering av öppna kvantsystem: Från många kroppsinteraktioner till stabilisatorpumpning. 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 och Mari Carmen Banuls. Quantum East-modell: Lokalisering, icke-termiska egentillstånd och långsam dynamik. 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 och Dieter Suter. Kvantfasövergång av marktillståndsintrassling i en heisenberg-spinkedja simulerad i en NMR-kvantdator. Phys. Rev. A, 71 (1): 012307, 2005. 10.1103/PhysRevA.71.012307.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.71.012307

[36] John Preskill. Kvantberäkning i NISQ-eran och därefter. Quantum, 2: 79, 2018. 10.22331 / q-2018-08-06-79.
https://doi.org/10.22331/q-2018-08-06-79

[37] Chad Rigetti och Michel Devoret. Helt mikrovågsavstämbara universella grindar i supraledande qubits med linjära kopplingar och fasta övergångsfrekvenser. 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. Spektroskopiska signaturer av lokalisering med interagerande fotoner i supraledande qubits. 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 och Jay M Gambetta. Procedur för att systematiskt ställa in överhörning i korsresonansgrinden. 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 och Johannes Knolle. Simulering av kvantmångakroppsdynamik på en aktuell digital kvantdator. 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 och Alexander N Korotkov. Drift och inneboende felbudget för en två-qubit korsresonansgrind. Phys. Rev. A, 100 (1): 012301, 2019. 10.1103/PhysRevA.100.012301.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.012301

[42] Hale F Trotter. På produkten av semi-grupper av operatörer. Proceedings of the American Mathematical Society, 10 (4): 545–551, 1959. 10.2307/2033649.
https: / / doi.org/ 10.2307 / 2033649

[43] Joseph Vovrosh och Johannes Knolle. Instängnings- och intrasslingsdynamik på en digital kvantdator. 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 och Johannes Knolle. Enkel begränsning av globala depolariserande fel i kvantsimuleringar. 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 och Lu-Ming Duan. Hamiltonsk tomografi för kvantmångkroppssystem med godtyckliga kopplingar. 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 och Michael J Hartmann. Supraledande kvantmångkroppskretsar för kvantsimulering och beräkning. 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 och Shaojiang Zhu. Stabilisera och förbättra Qubit-koherensen genom att konstruera bullerspektrumet för tvånivåsystem. 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, et al. Observation av termalisering och informationskryptering i en supraledande kvantprocessor. Phys. Rev. Lett., 128 (16): 160502, 2022. 10.1103/PhysRevLett.128.160502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.160502

Citerad av

[1] Naoki Kanazawa, Daniel Egger, Yael Ben-Haim, Helena Zhang, William Shanks, Gadi Aleksandrowicz och Christopher Wood, "Qiskit Experiments: A Python-paket för att karakterisera och kalibrera kvantdatorer", The Journal of Open Source Software 8 84, 5329 (2023).

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

Ovanstående citat är från SAO / NASA ADS (senast uppdaterad framgångsrikt 2024-02-22 13:05:17). Listan kan vara ofullständig eftersom inte alla utgivare tillhandahåller lämpliga och fullständiga citatdata.

Det gick inte att hämta Crossref citerade data under senaste försöket 2024-02-22 13:05:15: Det gick inte att hämta citerade data för 10.22331 / q-2024-02-22-1263 från Crossref. Detta är normalt om DOI registrerades nyligen.

Detta papper publiceras i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) licens. Upphovsrätten kvarstår med de ursprungliga upphovsrättsinnehavarna som författarna eller deras institutioner.

SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
Källa: https://quantum-journal.org/papers/q-2024-02-22-1263/

Tidsstämpel: Februari 22, 2024

Analog kvantsimulering med fast frekvens Transmon Qubits

Återutgiven av Platon

Abstrakt

► BibTeX-data

► Referenser

Citerad av

Mer från Quantum Journal

Snabba kvantmetoder för kombinatorisk optimering inspirerade av optimal tillståndsöverföring

Minimalt brusuppskattning av icke-pendlande rotationer av ett snurr

Abstraqt: Analys av kvantkretsar via abstrakt stabilisatorsimulering

Kvantalgoritmer med dubbla parenteser för diagonalisering

Varierande kvantalgoritm för obegränsad binär optimering av svart låda: Applikation för val av funktioner

Koherensteorins roll i attraherande kvantneurala nätverk

Förbättra prestandan för dubbelfälts kvantnyckeldistribution med fördel destillationsteknik

Dela-och-härska verifieringsmetod för bullriga kvantberäkningar i mellanskalig skala

Parameterinställning i Quantum Ungefärlig optimering av viktade problem

Lösbar modell av djup termalisering med distinkta designtider

Multipartite Intrinsic Non-Locality och Device-Oberoende konferensnyckelavtal

Om Oss

Vertikal sökning och Ai

plattform

Håll kontakten

Konto