Mô phỏng lượng tử tương tự với Qubit Transmon tần số cố định

Mô phỏng lượng tử tương tự với Qubit Transmon tần số cố định

Dấu thời gian: ngày 22 tháng 2024 năm 8 02:XNUMX sáng

Sean Greenaway1, Adam Smith2,3, Florian Mint1,4, và Daniel Malz5,6

1Khoa Vật lý, Phòng thí nghiệm Blackett, Đại học Hoàng gia London, Đường Prince Consort, SW7 2BW, Vương quốc Anh
2Trường Vật lý và Thiên văn học, Đại học Nottingham, Nottingham, NG7 2RD, Vương quốc Anh
3Trung tâm Toán học và Vật lý lý thuyết của Hệ thống Không cân bằng Lượng tử, Đại học Nottingham, Nottingham, NG7 2RD, Vương quốc Anh
4Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Bautzner Landstraße 400, 01328 Dresden, Đức
5Max-Planck-Viện Quang học Lượng tử, Hans-Kopfermann-Str. 1, 85748 Garching, Đức
6Khoa Vật lý, Technische Universität München, James-Franck-Straße 1, 85748 Garching, Đức

Tìm bài báo này thú vị hay muốn thảo luận? Scite hoặc để lại nhận xét về SciRate.

Tóm tắt

Chúng tôi đánh giá bằng thực nghiệm tính phù hợp của các qubit transmon với tần số cố định và tương tác cố định để hiện thực hóa mô phỏng lượng tử tương tự của các hệ thống spin. Chúng tôi thử nghiệm một bộ tiêu chí cần thiết cho mục tiêu này trên bộ xử lý lượng tử thương mại bằng cách sử dụng phương pháp chụp cắt lớp quy trình lượng tử đầy đủ và chụp cắt lớp Hamilton hiệu quả hơn. Các lỗi qubit đơn đáng kể ở biên độ thấp được xác định là yếu tố hạn chế ngăn cản việc thực hiện mô phỏng tương tự trên các thiết bị hiện có. Ngoài ra, chúng tôi còn tìm thấy động lực học giả khi không có xung truyền động mà chúng tôi xác định bằng sự kết hợp chặt chẽ giữa qubit và môi trường có chiều thấp. Với những cải tiến vừa phải, có thể thực hiện được mô phỏng tương tự của một họ Hamiltonian quay nhiều vật thể phụ thuộc vào thời gian.

Mô phỏng lượng tử tương tự với Qubit Transmon tần số cố định Thông minh dữ liệu PlatoBlockchain. Tìm kiếm dọc. Ái.

► Dữ liệu BibTeX

► Tài liệu tham khảo

[1] Leonid V. Abdurakhimov, Imran Mahboob, Hiraku Toida, Kosuke Kakuyanagi, Yuichiro Matsuzaki và Hiro Saito. Xác định các loại khuyết tật tần số cao khác nhau trong qubit siêu dẫn. PRX Quantum, 3: 040332, tháng 2022 năm 10.1103. 3.040332/​PRXQuantum.10.1103. URL 3.040332/​PRXQuantum.XNUMX.
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, và những người khác. Các thí nghiệm Qiskit, có sẵn tại 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, và những người khác. Qiskit: Khung nguồn mở cho điện toán lượng tử, 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. Ưu thế lượng tử bằng cách sử dụng bộ xử lý siêu dẫn có thể lập trình được. 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, và những người khác. Điện toán lượng tử đoạn nhiệt được số hóa với mạch siêu dẫn. Thiên nhiên, 534 (7606): 222–226, 2016. 10.1038/​nature17658.
https: / / doi.org/ 10.1038 / thiên nhiên17658

[6] Alexandre Blais, Steven M Girvin và William D Oliver. Xử lý thông tin lượng tử và quang học lượng tử với mạch điện động lực học lượng tử. Nat. Vật lý, 16 (3): 247–256, 2020. 10.1038/​s41567-020-0806-z.
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41567-020-0806-z

[7] Rainer Blatt và Christian F Roos. Mô phỏng lượng tử với các ion bị bẫy. Nat. Phys., 8 (4): 277–284, 2012. 10.1038/​nphys2252.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys2252

[8] Antoine Browaeys và Thierry Lahaye. Vật lý nhiều vật thể với các nguyên tử Rydberg được điều khiển riêng lẻ. 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, và những người khác. Cổng vướng víu toàn vi sóng đơn giản dành cho qubit siêu dẫn tần số cố định. Vật lý. Mục sư Lett., 107 (8): 080502, 2011. 10.1103/​PhysRevLett.107.080502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.107.080502

[10] J Ignacio Cirac và Peter Zoller. Mục tiêu và cơ hội trong mô phỏng lượng tử. 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 và A Ya Tzalenchuk. Hệ thống hai cấp trong các thiết bị lượng tử siêu dẫn do các giả hạt bị mắc kẹt. Khoa học. Khuyến cáo, 6 ​​(51): eabc5055, 2020. 10.1126/​sciadv.abc5055.
https: / / doi.org/ 10.1126 / sciadv.abc5055

[12] David P DiVincenzo. Việc thực hiện vật lý của tính toán lượng tử. 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 và Yang Yu. Đo độ khuếch tán quasiparticle trong qubit transmon siêu dẫn. ứng dụng. Khoa học, 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, và những người khác. Quan sát các cặp lỗ hạt tương quan và thứ tự chuỗi trong chất cách điện Mott chiều thấp. Khoa học, 334 (6053): 200–203, 2011. 10.1126/​science.1209284.
https: / / doi.org/ 10.1126 / khoa học.1209284

[15] Iulia M Georgescu, Sahel Ashhab và Franco Nori. Mô phỏng lượng tử. Mục sư 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 và Tilman Esslinger. Từ tính lượng tử tầm ngắn của fermion cực lạnh trong mạng quang học. Khoa học, 340 (6138): 1307–1310, 2013. 10.1126/​science.1236362.
https: / / doi.org/ 10.1126 / khoa học.1236362

[17] Markus Greiner, Olaf Mandel, Tilman Esslinger, Theodor W Hänsch và Immanuel Bloch. Sự chuyển pha lượng tử từ chất siêu lỏng sang chất cách điện Mott trong chất khí gồm các nguyên tử cực lạnh. Thiên nhiên, 415 (6867): 39–44, 2002. 10.1038/​415039a.
https: / / doi.org/ 10.1038 / 415039a

[18] Michael J Hartmann. Mô phỏng lượng tử với các photon tương tác. 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 và Martin B Plenio. Hiện tượng lượng tử nhiều vật thể trong mảng khoang kết hợp. 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 và Jens Koch. Mô phỏng lượng tử trên chip với các mạch siêu dẫn. Nat. Phys., 8 (4): 292–299, 2012. 10.1038/​nphys2251.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys2251

[21] Manik Kapil, Bikash K Behera và Prasanta K Panigrahi. Mô phỏng lượng tử của phương trình Klein Gordon và quan sát nghịch lý klein trong máy tính lượng tử IBM. bản in trước arXiv 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 và Paul M Alsing. Thể hiện những thách thức của kỷ nguyên NISQ trong thiết kế thuật toán trên máy tính lượng tử 20 qubit của IBM. 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 và William D Oliver. Hướng dẫn của kỹ sư lượng tử về qubit siêu dẫn. ứng dụng. Vật lý. Bản sửa đổi, 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, và những người khác. Mô phỏng lượng tử kỹ thuật số phổ quát với các ion bị bẫy. Khoa học, 334 (6052): 57–61, 2011. 10.1126/​science.1208001.
https: / / doi.org/ 10.1126 / khoa học.1208001

[25] Zhi Li, Liujun Zou và Timothy H Hsieh. Chụp cắt lớp Hamilton thông qua dập tắt lượng tử. Vật lý. Mục sư 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 và Cheng-Zhi Peng. Bộ tạo dạng sóng tùy ý có thể mở rộng và tùy chỉnh dành cho điện toán lượng tử siêu dẫn. 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 và Alexey V Ustinov. Quan sát các hệ thống hai cấp mạch lạc tương tác trực tiếp trong vật liệu vô định hình. Nat. Cộng đồng, 6 (1): 1–6, 2015. 10.1038/​ncomms7182.
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms7182

[28] Seth Lloyd. Bộ mô phỏng lượng tử phổ quát. Science, 273 (5278): 1073–1078, 1996. 10.1126 / science.273.5278.1073.
https: / / doi.org/ 10.1126 / khoa học.273.5278.1073

[29] Ruichao Ma, Clai Owens, Aman LaChapelle, David I Schuster và Jonathan Simon. Chụp cắt lớp Hamilton của mạng quang tử. Vật lý. Rev. A, 95 (6): 062120, 2017. 10.1103/​PhysRevA.95.062120.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.95.062120

[30] Moein Malekakhlagh, Easwar Magesan và David C McKay. Phân tích nguyên tắc đầu tiên của hoạt động cổng cộng hưởng chéo. Vật lý. Rev. A, 102 (4): 042605, 2020. 10.1103/​PhysRevA.102.042605.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.102.042605

[31] Daniel Malz và Adam Smith. Mạng Floquet hai chiều tôpô trên một qubit siêu dẫn duy nhất. Vật lý. Mục sư 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, và những người khác. Giải quyết các vụ nổ lỗi thảm khốc từ các tia vũ trụ trong mảng lớn qubit siêu dẫn 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 Chu, Christian F Roos và P Zoller. Mô phỏng các hệ lượng tử mở: Từ tương tác nhiều vật đến bơm ổn định. Tạp chí Vật lý mới, 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 và Mari Carmen Banuls. Mô hình Đông lượng tử: Bản địa hóa, trạng thái bản địa không nhiệt và động lực học chậm. Vật lý. Rev. X, 10 (2): 021051, 2020. 10.1103/​PhysRevX.10.021051.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.10.021051

[35] Tân Hoa Xã Bành, Giang Phong Du và Dieter Suter. Sự chuyển pha lượng tử của sự vướng víu trạng thái cơ bản trong chuỗi spin heisenberg được mô phỏng trong máy tính lượng tử NMR. Vật lý. Rev. A, 71 (1): 012307, 2005. 10.1103/​PhysRevA.71.012307.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.71.012307

[36] John Preskill. Điện toán lượng tử trong kỷ nguyên NISQ và hơn thế nữa. Lượng tử, 2: 79, 2018. 10.22331 / q-2018-08-06-79.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2018-08-06-79

[37] Chad Rigetti và Michel Devoret. Các cổng phổ quát có thể điều chỉnh hoàn toàn bằng vi sóng trong các qubit siêu dẫn có khớp nối tuyến tính và tần số chuyển tiếp cố định. Vật lý. 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, và những người khác. Dấu hiệu quang phổ của quá trình định vị với các photon tương tác trong qubit siêu dẫn. Khoa học, 358 (6367): 1175–1179, 2017. 10.1126/​science.aao1401.
https: / / doi.org/ 10.1126 / khoa.aao1401

[39] Sarah Sheldon, Easwar Magesan, Jerry M Chow và Jay M Gambetta. Quy trình điều chỉnh nhiễu xuyên âm một cách có hệ thống trong cổng cộng hưởng chéo. Vật lý. 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 và Johannes Knolle. Mô phỏng động lực học lượng tử nhiều vật thể trên máy tính lượng tử kỹ thuật số hiện tại. npj Thông tin lượng tử, 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 và Alexander N Korotkov. Ngân sách lỗi hoạt động và nội tại của cổng cộng hưởng chéo hai qubit. Vật lý. Rev. A, 100 (1): 012301, 2019. 10.1103/​PhysRevA.100.012301.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.012301

[42] Hale F Trotter. Trên sản phẩm của nửa nhóm toán tử. Kỷ yếu của Hiệp hội Toán học Hoa Kỳ, 10 (4): 545–551, 1959. 10.2307/​2033649.
https: / / doi.org/ 10.2307 / 2033649

[43] Joseph Vovrosh và Johannes Knolle. Động lực giam cầm và vướng víu trên máy tính lượng tử kỹ thuật số. Khoa học. Dân biểu, 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 và Johannes Knolle. Giảm thiểu đơn giản các lỗi khử cực toàn cầu trong mô phỏng lượng tử. Vật lý. 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 và Lu-Ming Duan. Chụp cắt lớp Hamilton cho các hệ lượng tử nhiều vật thể với các khớp nối tùy ý. 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 và Michael J Hartmann. Mạch lượng tử nhiều vật thể siêu dẫn để mô phỏng và tính toán lượng tử. ứng dụng. Vật lý. 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 và Shaojiang Zhu. Ổn định và cải thiện sự kết hợp Qubit bằng cách thiết kế phổ nhiễu của hệ thống hai cấp. Vật lý. Rev. Đã áp dụng, 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. Quan sát quá trình nhiệt hóa và xáo trộn thông tin trong bộ xử lý lượng tử siêu dẫn. Vật lý. Mục sư Lett., 128 (16): 160502, 2022. 10.1103/​PhysRevLett.128.160502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.160502

Trích dẫn

[1] Naoki Kanazawa, Daniel Egger, Yael Ben-Haim, Helena Zhang, William Shanks, Gadi Aleksandrowicz và Christopher Wood, “Thí nghiệm Qiskit: Gói Python để mô tả và hiệu chỉnh máy tính lượng tử”, Tạp chí Phần mềm nguồn mở 8 84, 5329 (2023).

[2] Yuxiang Peng, Jacob Young, Pengyu Liu và Xiaodi Wu, “SimuQ: Khung lập trình mô phỏng Hamilton lượng tử với quá trình biên dịch tương tự”, arXiv: 2303.02775, (2023).

Các trích dẫn trên là từ SAO / NASA ADS (cập nhật lần cuối thành công 2024 / 02-22 13:05:17). Danh sách có thể không đầy đủ vì không phải tất cả các nhà xuất bản đều cung cấp dữ liệu trích dẫn phù hợp và đầy đủ.

Không thể tìm nạp Crossref trích dẫn bởi dữ liệu trong lần thử cuối cùng 2024 / 02-22 13:05:15: Không thể tìm nạp dữ liệu được trích dẫn cho 10.22331 / q-2024 / 02-22-1263 từ Crossref. Điều này là bình thường nếu DOI đã được đăng ký gần đây.

Bài viết này được xuất bản trong Lượng tử dưới Creative Commons Ghi công 4.0 Quốc tế (CC BY 4.0) giấy phép. Bản quyền vẫn thuộc về chủ sở hữu bản quyền gốc như các tác giả hoặc tổ chức của họ.

Dấu thời gian:

Thêm từ Tạp chí lượng tử