Підготовка високоякісних фізичних кубітів без пост-відбору

Підготовка високоякісних фізичних кубітів без пост-відбору

Мітка часу: 4 травня 2023 8:22

Бен Барбер, Ніл І. Гіллеспі та Дж. М. Тейлор

Ріверлейн, Кембридж, Великобританія

Вам цей документ цікавий чи ви хочете обговорити? Скайте або залиште коментар на SciRate.

абстрактний

Швидке підвищення точності воріт для когерентних операцій означає, що помилки в підготовці та вимірюванні стану (SPAM) можуть стати домінуючим джерелом помилок для відмовостійкої роботи квантових комп’ютерів. Це особливо гостро в надпровідних системах, де компроміси щодо точності вимірювання та тривалості життя кубітів обмежують загальну продуктивність. На щастя, по суті класичний характер підготовки та вимірювання дозволяє використовувати широкий спектр методів для покращення якості за допомогою допоміжних кубітів у поєднанні з класичним контролем і пост-відбором. На практиці, однак, пост-відбір значно ускладнює планування таких процесів, як вилучення синдрому. Тут ми представляємо сімейство квантових схем, які готують високоякісні стани |0$rangle$ без пост-вибору, натомість використовуючи вентилі CNOT і Toffoli для нелінійної перестановки обчислювальної бази. Ми знаходимо суттєве підвищення продуктивності, коли помилки точності двокубітного вентиля опускаються нижче 0.2%, і навіть кращу продуктивність, коли доступні власні вентилі Тоффолі.

Post-selection-free preparation of high-quality physical qubits PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertical Search. Ai.

► Дані BibTeX

► Список літератури

[1] Френк Аруте, Кунал Ар’я, Райан Беббуш, Дейв Бекон, Джозеф К. Бардін, Рамі Барендс, Рупак Бісвас, Серхіо Бойшо, Фернандо Дж.С.Л. Брандао, Девід А. Буелл та ін. Квантова перевага за допомогою програмованого надпровідного процесора. 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, Ендрю С. Пен, Тайлер Е. Кітінг, Рід В. Ендрюс, Девід В. Барнс, Тереза ​​Л. Брехт, Едвард Т. Кроук, Ларкен Е. Юлісс, Джейкоб А. Фаст, Клейтон А. С. Джексон, Аарон М. Джонс, Джозеф Керкхофф, Роберт К. Ланца, Кейт Раах, Браян Дж. Томас, Роланд Велунта, Аарон Дж. Вайнштейн, Таддеус Д. Ледд, Кевін Енг, Метью Г. Борселлі, Ендрю Т. Хантер і Метью Т. Рахер. Швидка та високоточна підготовка стану та вимірювання в спінових кубітах із трьома квантовими точками. PRX Quantum, 3: 010352, березень 2022 р. 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 Бойкін, Тал Мор, Ввані Ройчоудхурі, Фаррох Ватан і Рутгер Врієн. Алгоритмічне охолодження та масштабовані квантові комп’ютери ЯМР. Праці Національної академії наук, 99 (6): 3388–3393, 2002. 10.1073/​pnas.241641898.
https: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.241641898

[4] Жиль Брассар, Юваль Еліас, Тал Мор і Йоссі Вайнштейн. Перспективи та обмеження алгоритмічного охолодження. 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. Брюер, Дж.-С. Чен, А. М. Ханкін, Е. Р. Клементс, Ч. В. Чоу, Ді Джей Вайнленд, Д. Б. Хьюм і Д. Р. Лейбрандт. $^{27}$Al$^{+}$ квантово-логічний годинник із систематичною невизначеністю нижче ${10}^{{-}18}$. фіз. Rev. Lett., 123: 033201, липень 2019 р. 10.1103/​PhysRevLett.123.033201. URL https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.123.033201.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.033201

[6] Бенджамін Десеф. Yquant: Набір квантових схем мовою, зрозумілою людині. 2020. 10.48550/​ARXIV.2007.12931. URL https://​/​arxiv.org/​abs/​2007.12931. arXiv:2007.12931.
https://​/​doi.org/​10.48550/​ARXIV.2007.12931
arXiv: 2007.12931

[7] Джон Д. Діксон і Браян Мортімер. Групи перестановок. Спрінгер, Нью-Йорк, Нью-Йорк, 1996. 10.1007/​978-1-4612-0731-3.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-1-4612-0731-3

[8] Сальваторе С. Елдер, Крістофер С. Ван, Філіп Рейнхолд, Коннор Т. Ханн, Кевін С. Чоу, Браян Дж. Лестер, Серж Розенблюм, Луїджі Фрунзіо, Лян Цзян і Роберт Дж. Шолкопф. Високоточне вимірювання кубітів, закодованих у багаторівневих надпровідних схемах. фіз. Ред. X, 10: 011001, січень 2020 р. 10.1103/​PhysRevX.10.011001. URL https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevX.10.011001.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.10.011001

[9] Ювал Еліас, Тал Мор і Йоссі Вайнштейн. Напівоптимальне практичне алгоритмічне охолодження. фіз. Rev. A, 83: 042340, квітень 2011 р. 10.1103/​PhysRevA.83.042340. URL https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.83.042340.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.83.042340

[10] Олександр Ерхард, Джоел Дж. Уолман, Лукас Постлер, Майкл Мет, Роман Стрікер, Естебан А. Мартінес, Філіп Шиндлер, Томас Монц, Джозеф Емерсон і Райнер Блатт. Характеристика великомасштабних квантових комп’ютерів за допомогою порівняльного аналізу циклу. 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 і Ввані Ройчоудхурі. Алгоритмічне охолодження спінів: практичний метод збільшення поляризації. Міжнародний журнал квантової інформації, 02 (04): 461–477, 2004. 10.1142/​S0219749904000419. URL https://​/​doi.org/​10.1142/​S0219749904000419.
https: / / doi.org/ 10.1142 / S0219749904000419

[12] Давид Гаєвський. Аналіз груп, створених квантовими воротами. Докторська дисертація, Університет Толедо, 2009.

[13] Майкл Р. Геллер і Мін'ю Сун. До ефективної корекції мультикубітових помилок вимірювання: метод парної кореляції. Квантова наука та технологія, 6 (2): 025009, лютий 2021 р. 10.1088/​2058-9565/​abd5c9. URL-адреса https://​/​doi.org/​10.1088/​2058-9565/​abd5c9.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​2058-9565/​abd5c9

[14] Ребекка Хікс, Брайс Кобрін, Крістіан В. Бауер і Бенджамін Нахман. Активне пом'якшення помилок зчитування. фіз. Rev. A, 105: 012419, січень 2022 р. 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. Х'юм, Т. Розенбенд і Діджей Вайнленд. Високоточне адаптивне виявлення кубітів за допомогою повторюваних квантових вимірювань без руйнування. фіз. Rev. Lett., 99: 120502, вересень 2007 р. 10.1103/​PhysRevLett.99.120502. URL https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.99.120502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.99.120502

[16] IBM. Піднявшись над шумом: квантово-обмежені підсилювачі розширюють можливості зчитування квантових систем IBM. Дослідницький блог IBM, січень 2020 р. URL-адреса 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] L. Jiang, JS Hodges, JR Maze, P. Maurer, JM Taylor, DG Cory, PR Hemmer, RL Walsworth, A. Yacoby, AS Zibrov, and MD Lukin. Повторюване зчитування одного електронного спіну через квантову логіку з ядерними спиновими анцилами. Наука, 326 (5950): 267–272, 2009. 10.1126/​science.1176496. URL-адреса https://​/​www.science.org/​doi/​abs/​10.1126/​science.1176496.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1176496

[18] Раймонд Лафламм, Джунан Лін і Тал Мор. Алгоритмічне охолодження для вирішення помилок підготовки стану та вимірювань у квантових обчисленнях. Physical Review A, 106 (1): 012439, 2022. 10.1103/​PhysRevA.106.012439.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.106.012439

[19] Ілля Н. Москаленко, Ілля А. Сімаков, Микола Н. Абрамов, Олександр А. Григорєв, Дмитро О. Москальов, Анастасія А. Піщимова, Микита С. Смирнов, Євгеній В. Зікій, Ілля А. Родіонов, Ілля С. Бєсєдін . Високоточні двокубітові вентилі на флуксоніях з використанням регульованого зв’язувача. npj Квантова інформація, 8 (1): 130, 2022. 10.1038/​s41534-022-00644-x.
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41534-022-00644-x

[20] A. Opremcak, CH Liu, C. Wilen, K. Okubo, BG Christensen, D. Sank, TC White, A. Vainsencher, M. Giustina, A. Megrant, B. Burkett, BLT Plourde та R. McDermott. Високоточне вимірювання надпровідного кубіта за допомогою вбудованого мікрохвильового лічильника фотонів. фіз. Ред. X, 11: 011027, лютий 2021 р. 10.1103/​PhysRevX.11.011027. URL https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevX.11.011027.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.11.011027

[21] Riverlane. Вихідний код і дані, що лежать в основі цієї статті. Github, серпень 2022 р. URL-адреса https://​/​github.com/​riverlane/​purification-without-post-selection. https://​/​github.com/​riverlane/​purification-without-post-selection.
https://​/​github.com/​riverlane/​purification-without-post-selection

[22] Леонард Дж. Шульман і Умеш В. Вазірані. Теплові двигуни молекулярного масштабу та масштабовані квантові обчислення. У матеріалах тридцять першого щорічного симпозіуму ACM з теорії обчислень, STOC '99, сторінки 322–329, Нью-Йорк, Нью-Йорк, США, 1999. Асоціація обчислювальної техніки. ISBN 1581130678. 10.1145/​301250.301332. URL-адреса https://​/​doi.org/​10.1145/​301250.301332.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 301250.301332

[23] Йонгкю Сунг, Леон Дінг, Йохен Браумюллер, Антті Вепсаляйнен, Бхарат Каннан, Мортен К'єргаард, Амі Грін, Габріель О. Самач, Кріс МакНеллі, Девід Кім, Олександр Мелвілл, Бетані М. Нідзельскі, Моллі Е. Шварц, Джонілін Л. Йодер, Террі П. Орландо, Саймон Густавссон і Вільям Д. Олівер. Реалізація високоякісних шлюзів iSWAP без CZ і ZZ з регульованим зв’язувачем. фіз. Ред. X, 11: 021058, червень 2021 р. 10.1103/​PhysRevX.11.021058. URL https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevX.11.021058.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.11.021058

[24] Ясунарі Сузукі, Сугуру Ендо, Кейсуке Фуджі та Юкі Токунага. Квантове пом'якшення помилок як універсальна техніка зменшення помилок: застосування від NISQ до відмовостійких квантових обчислень. PRX Quantum, 3: 010345, березень 2022 р. 10.1103/PRXQuantum.3.010345. URL https://​/​doi.org/​10.1103/​PRXQuantum.3.010345.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.010345

[25] Крістан Темме, Сергій Бравий та Джей М. Гамбетта. Пом'якшення помилок для квантових ланцюгів малої глибини. фіз. Rev. Lett., 119: 180509, листопад 2017 р. 10.1103/​PhysRevLett.119.180509. URL https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.119.180509.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.180509

[26] Ye Wang, Stephen Crain, Chao Fang, Bichen Zhang, Shilin Huang, Qiyao Liang, Pak Hong Leung, Kenneth R. Brown, and Jungsang Kim. Високоточні двокубітові вентилі, що використовують систему керування променем на основі мікроелектромеханічної системи для індивідуальної адресації кубітів. фіз. Rev. Lett., 125: 150505, жовтень 2020 р. 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, Крістін М. Бек, Сі Дебнат, Дж. М. Аміні, Ю. Нам, Н. Гжесяк, Дж.-С. Chen, NC Pisenti, M. Chmielewski, C. Collins та ін. Бенчмаркінг 11-кубітового квантового комп’ютера. Nature Communications, 10 (1): 1–6, 2019. 10.1038/​s41467-019-13534-2.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-019-13534-2

[28] Венчао Сю, Адітя В. Венкатрамані, Серхіо Х. Канту, Тамара Шумарац, Валентин Клюсенер, Михайло Д. Лукін і Владан Вулетич. Швидка підготовка та виявлення кубіта Рідберга за допомогою атомних ансамблів. фіз. Rev. Lett., 127: 050501, липень 2021 р. 10.1103/​PhysRevLett.127.050501. URL https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.127.050501.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.050501

Цитується

[1] Адам Кінос і Клаус Мьолмер, «Операції оптичних багатокубітних затворів на атомному квантовому регістрі, заблокованому збудженням», Physical Review Research 5 1, 013205 (2023).

Вищезазначені цитати від SAO / NASA ADS (останнє оновлення успішно 2023-05-06 00:27:38). Список може бути неповним, оскільки не всі видавці надають відповідні та повні дані про цитування.

On Служба, на яку посилається Crossref даних про цитування робіт не знайдено (остання спроба 2023-05-06 00:27:36).

Ця стаття опублікована в Quantum під Creative Commons Attribution 4.0 International (CC на 4.0) ліцензія. Авторське право залишається за оригінальними власниками авторських прав, такими як автори або їх установи.

Часова мітка:

Більше від Квантовий журнал