1Alice & Bob، 53 boulevard du Général Martial Valin، 75015 پاریس
2Laboratoire de Physique de l'Ecole Normale Supérieure, Ecole Normale Supérieure, MINES Paris, Université PSL, Sorbonne Université, CNRS, Inria, 75005 Paris
این مقاله را جالب می دانید یا می خواهید بحث کنید؟ SciRate را ذکر کنید یا در SciRate نظر بدهید.
چکیده
کیوبیت‌های گربه بوسونیک تثبیت شده توسط اتلاف دو فوتونی از سرکوب تصاعدی خطاهای بیت‌تغیری و مجموعه گسترده‌ای از گیت‌ها که این حفاظت را حفظ می‌کنند، سود می‌برند. این ویژگی‌ها آنها را بلوک‌های سازنده امیدوارکننده‌ای برای یک پردازنده کوانتومی کارآمد و مقاوم در برابر خطا می‌سازد. در این مقاله، ما یک بهینه‌سازی عملکرد معماری کد cat تکراری را با استفاده از دروازه‌های CNOT سریع اما پر سر و صدا برای اندازه‌گیری‌های تثبیت‌کننده پیشنهاد می‌کنیم. این بهینه سازی منجر به آستانه های بالایی برای شکل فیزیکی شایستگی می شود که به عنوان نسبت بین نرخ تلفات ذاتی تک فوتون حالت بوزونی و نرخ تلفات دو فوتون مهندسی شده، و همچنین مقیاس بسیار جالب زیر آستانه سربار مورد نیاز است. ، برای رسیدن به سطح مورد انتظار از میزان خطای منطقی. این بهینه‌سازی با تکیه بر مدل‌های خطای خاص برای عملیات کیوبیت گربه، از اندازه‌گیری‌های برابری سریع، با استفاده از گیت‌های CNOT با دقت پایین، همراه با کیوبیت‌های سریع بررسی برابری ancilla استفاده می‌کند. بهبود قابل توجه در عملکرد با موارد زیر توضیح داده می شود: 1- مدل خطای بسیار نامتقارن دروازه های CNOT کیوبیت گربه با مولفه اصلی روی کیوبیت های کنترل (آنسیلا) و 2- استحکام عملکرد تصحیح خطا در حضور نشتی ناشی از عملیات سریع به منظور نشان دادن این عملکردها، ما روشی برای نمونه‌برداری از کد تکرار تحت نویز سطح مدار ایجاد می‌کنیم که نشت حالت کیوبیت گربه را نیز در نظر می‌گیرد.
تصویر ویژه: مدار QEC برای فاصله-$d$ تکرار کد گربه.
(الف) یک کد گربه تکراری شامل یک آرایه 1 بعدی از کیوبیت‌های گربه تثبیت‌شده است، که در آن تصحیح خطای چرخش فاز با اندازه‌گیری‌های تکراری برابری XX$ بین کیوبیت‌های گربه همسایه انجام می‌شود.
(ب) QEC در یک کد تکرار تلنگر فاز مسافت $d$ با اندازه‌گیری‌های برابری XX$ انجام می‌شود.
(ج) هر چرخه QEC از بررسی های برابری $d-1$$XX$ بین کیوبیت های گربه همسایه تشکیل شده است. هر بررسی برابری با استفاده از گیت‌های CNOT حفظ تعصب بین دو کیوبیت گربه داده مرتبط (به عنوان هدف) و یک کیوبیت گربه‌ای دیگر (به عنوان کنترل) انجام می‌شود. کیوبیت گربه ancilla در نهایت بر اساس X$ آن اندازه گیری می شود.
(د) اندازه گیری کیوبیت گربه آنسیلا بر اساس X$ از طریق اندازه گیری برابری تعداد فوتون انجام می شود. این کار با خاموش کردن مکانیسم اتلاف دو فوتون بر روی کیوبیت گربه آنسیلا و دنبال کردن یک آزمایش نوع رمزی انجام می شود. در این طرح حالت گربه ancilla به صورت پراکنده به یک کیوبیت جفت می شود، به عنوان مثال یک ترانسمون، که در آن برهمکنش همیلتونی توسط $hat{H}_{mathrm{int}}=hbar frac{chi}{2} hat{sigma} داده می شود. _z کلاه{a}^{خنجر} کلاه{a}$. دنباله رمزی شامل اعمال دو پالس $pi/2$ روی کیوبیت است که با زمان انتظار $pi/chi$ از هم جدا شده اند. در طول زمان انتظار، کیوبیت بسته به برابری تعداد فوتون حالت گربه، فاز $0$ یا $pi$ را جمع می‌کند. بنابراین، بازخوانی نهایی کیوبیت این قابل مشاهده را اندازه گیری می کند.
خلاصه محبوب
► داده های BibTeX
◄ مراجع
[1] آتارو جوشی، کیونگجو نو، و یوون ای گائو. "پردازش اطلاعات کوانتومی با کیوبیت های بوزونی در مدار QED". علوم و فناوری کوانتومی 6، 033001 (2021).
https://doi.org/10.1088/2058-9565/abe989
[2] Weizhou Cai، Yuwei Ma، Weiting Wang، Chang-Ling Zou و Luyan Sun. کدهای تصحیح خطای کوانتومی بوسونیک در مدارهای کوانتومی ابررسانا تحقیقات بنیادی 1، 50-67 (2021).
https://doi.org/10.1016/j.fmre.2020.12.006
[3] مازیار میررحیمی، زکی لغتاس، ویکتور وی آلبرت، استیون توزارد، رابرت جی اسکوئلکوپف، لیانگ جیانگ و میشل اچ دوورت. "گربه کیوبیت های محافظت شده پویا: یک الگوی جدید برای محاسبات کوانتومی جهانی". مجله جدید فیزیک 16, 045014 (2014).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/16/4/045014
[4] Jérémie Guillaud و Mazyar Mirrahimi. "تکرار کیوبیت های گربه برای محاسبات کوانتومی تحمل پذیر". بررسی فیزیکی X 9 (2019).
https://doi.org/10.1103/physrevx.9.041053
[5] کریستوفر چمبرلند، کیونگجو نو، پاتریسیو آرانگوئیز-آریولا، ارل تی کمپبل، کانر تی هان، جوزف آیورسون، هارالد پوترمن، توماس سی بوهدانوویچ، استیون تی فلامیا، اندرو کلر، گیل رافائل، جان پرسکیل، لیانگ جیانگ، امیر H. Safavi-Naeini، Oskar Painter، and Fernando GSL Brandão. ساخت یک کامپیوتر کوانتومی مقاوم در برابر خطا با استفاده از کدهای گربه پیوسته PRX Quantum 3 (2022).
https://doi.org/10.1103/prxquantum.3.010329
[6] رافائل لسکان، ماریوس ویلیرز، تئو پرونین، آلن سارلت، ماتیو دلبک، بنجامین هاارد، تاکیس کونتوس، مازیار میررحیمی و زکی لگتاس. "سرکوب نمایی بیت-تغییرات در یک کیوبیت کدگذاری شده در یک نوسانگر". Nature Physics 16، 509–513 (2020).
https://doi.org/10.1038/s41567-020-0824-x
[7] سی بردو، آ. مورانی، یو. رگلاد، دبلیو سی اسمیت، ام. ویلیرز، جی. پالومو، ام. روستیچر، آ. دنیس، پی. مورفین، ام. دلبک، تی. کونتوس، ن. پانکراتوا، اف. راوتشکه T. Peronnin، L.-A. سلم، پی روچون، آ. سارلت، م. میرحیمی، پی. کامپاین-ایبارک، اس. ژزوین، آر. لسکان، و ز. لگتاس. "زمان چرخشی صد ثانیه ای در یک نوسان ساز اتلاف پذیر دو فوتون". PRX Quantum 4 (2023).
https://doi.org/10.1103/prxquantum.4.020350
[8] LG Lutterbach و L. Davidovich. "روش اندازه گیری مستقیم عملکرد ویگنر در حفره قاد و تله یون". فیزیک کشیش لِت 78، 2547-2550 (1997).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.78.2547
[9] P. Bertet، A. Auffeves، P. Maioli، S. Osnaghi، T. Meunier، M. Brune، JM Raimond و S. Haroche. "اندازه گیری مستقیم عملکرد ویگنر حالت فوک تک فوتون در یک حفره". فیزیک کشیش لِت 89, 200402 (2002).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.89.200402
[10] L. Sun، A. Petrenko، Z. Leghtas، B. Vlastakis، G. Kirchmair، KM Sliwa، A. Narla، M. Hatridge، S. Shankar، J. Blumoff، L. Frunzio، M. Mirrahimi، MH Devoret، و RJ Schoelkopf. "ردیابی پرش های فوتون با اندازه گیری های مکرر برابری بدون تخریب کوانتومی". Nature 511, 444–+ (2014).
https://doi.org/10.1038/nature13436
[11] آستین جی. فاولر، ماتئو ماریانتونی، جان ام. مارتینیس، و اندرو ان. کلیلند. "کدهای سطحی: به سوی محاسبات کوانتومی در مقیاس بزرگ". فیزیک Rev. A 86, 032324 (2012).
https://doi.org/10.1103/PhysRevA.86.032324
[12] شروتی پوری، لوکاس سنت ژان، جاناتان آ. گروس، الکساندر گریم، نیکلاس ای. فراتینی، پاویتران اس. ایر، آنیرود کریشنا، استیون توزارد، لیانگ جیانگ، الکساندر بلیس، استیون تی فلامیا، و اس ام جیروین. "دروازه های حفظ تعصب با کیوبیت های گربه تثبیت شده". پیشرفت های علم 6 (2020).
https://doi.org/10.1126/sciadv.aay5901
[13] کیان زو، جوزف کی. آیورسون، فرناندو جی اس ال براندائو، و لیانگ جیانگ. "مهندسی دروازه‌های حفظ سوگیری سریع روی کیوبیت‌های گربه تثبیت‌شده". فیزیک Rev. Res. 4, 013082 (2022).
https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.4.013082
[14] هارالد پوترمن، جوزف آیورسون، کیان ژو، لیانگ جیانگ، نقاش اسکار، فرناندو جی اس ال براندائو، و کیونگجو نو. "تثبیت کیوبیت بوزونی با استفاده از اتلاف رنگی". Physical Review Letters 128 (2022).
https://doi.org/10.1103/physrevlett.128.110502
[15] رونان گوتیه، آلن سارلت و مازیار میررحیمی. "حبس ترکیبی اتلافی و هامیلتونی کیوبیت های گربه". PRX Quantum 3, 020339 (2022).
https://doi.org/10.1103/PRXQuantum.3.020339
[16] دیگو رویز، رونان گوتیه، ژرمی گیلو و مازیار میرحیمی. نوسان ساز کوانتومی کر دو فوتونی با انحطاط طیفی متعدد. بررسی فیزیکی A 107 (2023).
https://doi.org/10.1103/physreva.107.042407
[17] کیان ژو، گوو ژنگ، یو شین وانگ، پیتر زولر، آشیش آ.کلرک، و لیانگ جیانگ. "تصحیح خطای کوانتومی مستقل و محاسبات کوانتومی متحمل خطا با کیوبیت های فشرده گربه". npj Quantum Information 9, 78 (2023).
https://doi.org/10.1038/s41534-023-00746-0
[18] Jérémie Guillaud و Mazyar Mirrahimi. "نرخ خطا و سربار منابع کیوبیت های تکراری گربه". بررسی فیزیکی A 103 (2021).
https://doi.org/10.1103/physreva.103.042413
[19] آستین جی. فاولر، آدام سی وایتساید، و لوید سی‌ال هولنبرگ. "به سوی پردازش کلاسیک عملی برای کد سطح". فیزیک کشیش لِت 108, 180501 (2012).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.108.180501
[20] اسکار هیگوت Pymatching: یک بسته پایتون برای رمزگشایی کدهای کوانتومی با تطابق کامل با حداقل وزن. معاملات ACM در محاسبات کوانتومی (2021).
https://doi.org/10.1145/3505637
[21] P. Aliferis و BM Terhal. "محاسبات کوانتومی مقاوم به خطا برای خطاهای نشتی محلی". اطلاعات کوانتومی و محاسبات 7، 139-156 (2007).
https://doi.org/10.26421/qic7.1-2-9
[22] F. Battistel، BM Varbanov، و BM Terhal. "طرح کاهش نشت سخت افزاری کارآمد برای تصحیح خطای کوانتومی با کیوبیت های ترانسمون ابررسانا". PRX Quantum 2 (2021).
https://doi.org/10.1103/prxquantum.2.030314
[23] M. McEwen و همکاران. حذف خطاهای همبسته ناشی از نشت در تصحیح خطای کوانتومی ابررسانا. Nature Communications 12 (2021).
https://doi.org/10.1038/s41467-021-21982-y
[24] زیجون چن و همکاران "سرکوب نمایی خطاهای بیت یا فاز با تصحیح خطای چرخه ای". Nature 595, 383-387 (2021).
https://doi.org/10.1038/s41586-021-03588-y
[25] اریک دنیس، الکسی کیتایف، اندرو لاندال و جان پرسکیل. "حافظه کوانتومی توپولوژیکی". مجله فیزیک ریاضی 43، 4452-4505 (2002).
https://doi.org/10.1063/1.1499754
[26] ژرمی گیلو، یواخیم کوهن و مازیار میررحیمی. "محاسبات کوانتومی با کیوبیت های گربه". یادداشت های سخنرانی فیزیک SciPost (2023).
https://doi.org/10.21468/scipostphyslectnotes.72
[27] جاکومو پانتالئونی، بن کیو باراگیولا، و نیکلاس سی. منیکوچی. "کدهای زیرسیستم بوزونی مدولار". Physical Review Letters 125 (2020).
https://doi.org/10.1103/physrevlett.125.040501
[28] اندرو اس. دارماوان، بنجامین جی. براون، آرن ال. گریممو، دیوید کی تاکت، و شروتی پوری. "تصحیح خطای کوانتومی عملی با کد XZZX و کیوبیت‌های kerr-cat". PRX Quantum 2 (2021).
https://doi.org/10.1103/prxquantum.2.030345
[29] اسکات آرونسون و دنیل گوتسمن "شبیه سازی بهبود یافته مدارهای تثبیت کننده". فیزیک Rev. A 70, 052328 (2004).
https://doi.org/10.1103/PhysRevA.70.052328
[30] جک ادموندز "مسیرها، درختان و گلها". مجله ریاضیات کانادا 17، 449-467 (1965).
https://doi.org/10.4153/CJM-1965-045-4
[31] ولادیمیر کولموگروف. Blossom v: پیاده‌سازی جدید الگوریتم تطبیق کامل حداقل هزینه. محاسبات برنامه ریزی ریاضی 1، 43-67 (2009).
https://doi.org/10.1007/s12532-009-0002-8
ذکر شده توسط
[1] آدریان کوپتودو، کلارا یون فونتین، فرناندو والدارس، و یوون ای گائو، "شکل دادن فوتون ها: محاسبات کوانتومی با cQED بوزونی". arXiv: 2311.03846, (2023).
[2] اوفیر میلول، بارکای گوتل، اوری گلدبلات، سرگئی هازانوف، لالیت ام. جوشی، دانیل چاوسوفسکی، نیتزان کان، انجین زوجیرک، فابین لافونت، و سرژ روزنبلوم، "کوبیت حفره ابررسانا با ده ها میلی ثانیه تک فوتون زمان" کوهر ، PRX Quantum 4 3, 030336 (2023).
[3] الی گوزین، دیگو روئیز، فرانسوا ماری لو رژنت، ژرمی گیلو و نیکلاس سانگوارد، "تحلیل عملکرد معماری کد گربه تکراری: محاسبه لگاریتم منحنی بیضوی 256 بیتی در 9 ساعت 126"، 133 ساعت XNUMX نامه‌های بازبینی فیزیکی 131 4، 040602 (2023).
[4] رونان گوتیه، مازیار میررحیمی، و آلن سارلت، «طراحی دروازه‌های زنو با وفاداری بالا برای کوبیت‌های گربه‌ها» PRX Quantum 4 4, 040316 (2023).
[5] Shubham P. Jain، Joseph T. Iosue، Alexander Barg و Victor V. Albert، "کدهای کروی کوانتومی"، arXiv: 2302.11593, (2023).
[6] آنتوان مارکته، آنتوان اسیگ، یواخیم کوهن، ناتانائل کوتت، آنیل مورانی، امانوئل آبرتیناله، سیمون دوپوی، آدری بینفایت، تئو پرونن، سباستین ژزوین، رافائل لسکان، و بنجامین هوارد، تمدید زمان بی‌توجهی کیوبیت گربه تا 0.3 ثانیه» arXiv: 2307.06761, (2023).
[7] لوکاس برنت، تیمو هیلمن، ینس ایسرت، رابرت ویل و یوشکا روفه، "رمزگشایی اطلاعات آنالوگ کدهای LDPC کوانتومی بوزونی". arXiv: 2311.01328, (2023).
نقل قول های بالا از SAO/NASA Ads (آخرین به روز رسانی با موفقیت 2023-12-06 09:57:51). فهرست ممکن است ناقص باشد زیرا همه ناشران داده های استنادی مناسب و کاملی را ارائه نمی دهند.
واکشی نشد داده های استناد شده متقاطع در آخرین تلاش 2023-12-06 09:57:49: داده های استناد شده برای 10.22331/q-2023-12-06-1198 از Crossref دریافت نشد. اگر DOI اخیراً ثبت شده باشد، طبیعی است.
این مقاله در Quantum تحت عنوان منتشر شده است Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) مجوز. حق چاپ نزد دارندگان حق چاپ اصلی مانند نویسندگان یا مؤسسات آنها باقی می ماند.
- محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
- PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
- PlatoESG. کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
- PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
- منبع: https://quantum-journal.org/papers/q-2023-12-06-1198/
