Automatiserad generering av skyttelsekvenser för en linjär segmenterad jonfälla kvantdator

Automatiserad generering av skyttelsekvenser för en linjär segmenterad jonfälla kvantdator

Tidsstämpel: 8 november 2023 7:55
Automatiserad generering av skyttelsekvenser för en linjär segmenterad jonfälla kvantdator PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertikal sökning. Ai.

Jonathan Durandau2, Janis Wagner1, Frédéric Mailhot2, Charles-Antoine Brunet2, Ferdinand Schmidt-Kaler1, Ulrich Poschinger1, och Yves Bérubé-Lauzière2

1QUANTUM, Institute of Physics, Johannes Gutenberg University, Staudingerweg 7, 55128 Mainz, Tyskland
2Institut Quantique och Département de génie électrique et de génie informatique, Université de Sherbrooke, Sherbrooke, Québec, J1K 2R1, Kanada

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

Abstrakt

Ett lovande tillvägagångssätt för att skala upp kvantdatorplattformar för fångade joner är att lagra flera fångade-jon-qubit-uppsättningar ('jonkristaller') i segmenterade mikrochipfällor och att sammankoppla dessa via fysisk rörelse av jonerna ('shuttling'). Redan för att realisera kvantkretsar med måttlig komplexitet kräver utformningen av lämpliga qubit-tilldelningar och skyttelscheman automatisering. Här beskriver och testar vi algoritmer som adresserar just dessa uppgifter. Vi beskriver en algoritm för helautomatisk generering av skyttelscheman, som följer begränsningar som ålagts av en given fällstruktur. Vidare introducerar vi olika metoder för initial qubit-tilldelning och jämför dessa för slumpmässiga kretsar (upp till 20 qubits) och kvant-fouriertransformliknande kretsar, och generaliserade Toffoli-grindar på upp till 40 qubits vardera. Vi finner att för kvantkretsar som innehåller en fast struktur, kan avancerade tilldelningsalgoritmer tjäna till att reducera skyttelns overhead.

► BibTeX-data

► Referenser

[1] J. Preskill. "Quantum Computing i NISQ-eran och därefter". Quantum 2, 79 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2018-08-06-79

[2] C. Figgatt, A. Ostrander, N.M. Linke, K.A. Landsman, D. Zhu, D. Maslov och C. Monroe. "Parallell intrasslande operationer på en universell jonfälla kvantdator". Nature 572, 368–372 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-019-1427-5

[3] P. Schindler, D. Nigg, T. Monz, J.T. Barreiro, E. Martinez, S.X. Wang, S. Quint, M.F. Brandl, V. Nebendahl, C.F. Roos, M. Chwalla, M. Hennrich och R. Blatt. "En kvantinformationsprocessor med fångade joner". New Journal of Physics 15, 123012 (2013).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​15/​12/​123012

[4] D. Kielpinski, C. Monroe och D. J. Wineland. "Arkitektur för en storskalig jonfälla kvantdator". Nature 417, 709–711 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature00784

[5] V. Kaushal, B. Lekitsch, A. Stahl, J. Hilder, D. Pijn, C. Schmiegelow, A. Bermudez, M. Müller, F. Schmidt-Kaler och U. Poschinger. "Skyttningsbaserad kvantinformationsbehandling av fångade joner". AVS Quantum Science 2, 014101 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1116 / 1.5126186

[6] J.M. Pino, J.M. Dreiling, C. Figgatt, J.P. Gaebler, S.A. Moses, M.S. Allman, C.H. Baldwin, M. Foss-Feig, D. Hayes, K. Mayer, C. Ryan-Anderson och B. Neyenhuis. "Demonstration av den fångade-jon kvant-CCD-datorarkitekturen". Nature 592, 209–213 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-021-03318-4

[7] J. Hilder, D. Pijn, O. Onishchenko, A. Stahl, M. Orth, B. Lekitsch, A. Rodriguez-Blanco, M. Müller, F. Schmidt-Kaler och UG Poschinger. "Feltolerant paritetsavläsning på en skyttelbaserad kvantdator med fångade joner". Phys. Rev. X 12, 011032 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.12.011032

[8] F. Kreppel, C. Melzer, J. Wagner, J. Hilder, U. Poschinger, F. Schmidt-Kaler och A. Brinkmann. "Kvantkretskompilator för en skyttelbaserad kvantdator med fångade joner" (2022).

[9] Tobias Schmale, Bence Temesi, Alakesh Baishya, Nicolas Pulido-Mateo, Ludwig Krinner, Timko Dubielzig, Christian Ospelkaus, Hendrik Weimer och Daniel Borcherding. "Backend-kompilatorfaser för kvantdatorer med fångade joner". 2022 IEEE International Conference on Quantum Software (QSW). Sidorna 32–37. (2022).
https://​/​doi.org/​10.1109/​QSW55613.2022.00020

[10] M. Webber, S. Herbert, S. Weidt och W.K. Hensinger. "Effektiv qubit routing för en globalt ansluten fångade jon kvantdator". Advanced Quantum Technologies 3, 2000027 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1002 / qute.202000027

[11] Abdullah Ash Saki, Rasit Onur Topaloglu och Swaroop Ghosh. "Skylta skytteln: Effektiv kompilering för kvantdatorer med fångade joner med flera fällor". År 2022 Design, Automation & Test in Europe Conference & Exhibition (DATE). Sidorna 322–327. (2022).
https: / / doi.org/ 10.23919 / DATE54114.2022.9774619

[12] Xin-Chuan Wu, Dripto M. Debroy, Yongshan Ding, Jonathan M. Baker, Yuri Alexeev, Kenneth R. Brown och Frederic T. Chong. "Tilt: Uppnå högre trohet på en fångade-jon linjär-tejp kvantdatorarkitektur". 2021 IEEE International Symposium on High-Performance Computer Architecture (HPCA). Sidorna 153–166. (2021).
https://​/​doi.org/​10.1109/​HPCA51647.2021.00023

[13] A. Walther, F. Ziesel, T. Ruster, S.T. Dawkins, K. Ott, M. Hettrich, K. Singer, F. Schmidt-Kaler och U.G. Poschinger. "Kontrollerar snabb transport av kallfångade joner". Phys. Rev. Lett. 109, 080501 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.109.080501

[14] R. Bowler, J. Gaebler, Y. Lin, T. R. Tan, D. Hanneke, J. D. Jost, J. P. Home, D. Leibfried och D. J. Wineland. "Koherent diabatisk jontransport och -separation i en multizonfälla". Phys. Rev. Lett. 109, 080502 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.109.080502

[15] T. Ruster, C. Warschburger, H. Kaufmann, C. T. Schmiegelow, A. Walther, M. Hettrich, A. Pfister, V. Kaushal, F. Schmidt-Kaler och U. G. Poschinger. "Experimentell realisering av snabb jonseparation i segmenterade Paul-fällor". Phys. Rev. A 90, 033410 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.90.033410

[16] H. Kaufmann, T. Ruster, C.T. Schmiegelow, F. Schmidt-Kaler och U.G. Poschinger. "Dynamik och kontroll av snabb jonkristalldelning i segmenterade Paul-fällor". New Journal of Physics 16, 073012 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​16/​7/​073012

[17] H. Kaufmann, T. Ruster, CT Schmiegelow, MA Luda, V. Kaushal, J. Schulz, D. von Lindenfels, F. Schmidt-Kaler och UG Poschinger. "Snabbt jonbyte för bearbetning av kvantinformation". Phys. Rev. A 95, 052319 (2017).
https: / ⠀ </ ⠀ <doi.org/†<10.1103 / ⠀ <physreva.95.052319

[18] D. Maslov, S. M. Falconer och M. Mosca. "Kvantumkretsplacering". IEEE Transactions on Computer Aided Design of Integrated Circuits and Systems 27, 752–763 (2008).
https://​/​doi.org/​10.1109/​tcad.2008.917562

[19] T. Parr. "Den definitiva antlr 4-referensen". Pragmatisk bokhylla. (2013). 2:a upplagan.

[20] Riverbank Computing Limited. "PyQt5" (2020).

[21] A. W. Cross, L. S. Bishop, J. A. Smolin och J. M. Gambetta. "Öppet kvantsammansättningsspråk" (2017).

[22] A. Kelly. "OPENQASM 2.0 grammatik" (2018).

[23] M.A. Nielsen och I.L. Chuang. "Kvantberäkning och kvantinformation: 10-årsjubileumsutgåva". Cambridge University Press. (2011). 10:e upplagan.
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511976667

[24] D. Kopparsmed. "En ungefärlig Fourier-transform användbar vid kvantfaktorering". Teknisk rapport. IBM Research Division (2002).
https://​/​doi.org/​10.48550/​ARXIV.QUANT-PH/​0201067

[25] A. Shafaei, M. Saeedi och M. Pedram. "Optimering av kvantkretsar för interaktionsavstånd i linjära närmaste grannarkitekturer". År 2013 50:e ACM/​EDAC/​IEEE Design Automation Conference (DAC). Sidorna 1–6. (2013).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 2463209.2488785

Citerad av

[1] Fabian Kreppel, Christian Melzer, Diego Olvera Millán, Janis Wagner, Janine Hilder, Ulrich Poschinger, Ferdinand Schmidt-Kaler och André Brinkmann, "Quantum Circuit Compiler for a Shuttling-Based Trapped-Ion Quantum Computer", arXiv: 2207.01964, (2022).

Ovanstående citat är från SAO / NASA ADS (senast uppdaterad framgångsrikt 2023-11-10 02:50:52). Listan kan vara ofullständig eftersom inte alla utgivare tillhandahåller lämpliga och fullständiga citatdata.

On Crossrefs citerade service Inga uppgifter om citerande verk hittades (sista försök 2023-11-10 02:50:50).

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.

Tidsstämpel:

Mer från Quantum Journal