محو المعلومات الكمومية التعاونية

محو المعلومات الكمومية التعاونية

الطابع الزمني: 23 مارس 2023 10:38 صباحًا
عقدة المصدر: 2027649

لورينزو بوفوني1,2 وميشيل كامبيسي3

1معهد الكم البرتغالي ، لشبونة ، البرتغال
2قسم الفيزياء والفلك ، جامعة فلورنسا ، 50019 سيستو فيورنتينو ، إيطاليا
3NEST ، Istituto Nanoscienze-CNR و Scuola Normale Superiore ، I-56127 Pisa ، إيطاليا

تجد هذه الورقة مثيرة للاهتمام أو ترغب في مناقشة؟ Scite أو ترك تعليق على SciRate.

ملخص

نعرض بروتوكول محو المعلومات الذي يعيد تعيين $ N $ كيوبت في وقت واحد. تعرض الطريقة أداءً استثنائيًا من حيث تكلفة الطاقة (تعمل تقريبًا بتكلفة طاقة Landauer $ kT ln $ 2) ، والمدة الزمنية ($ sim mu s $) ومعدل نجاح المسح ($ sim 99,9،XNUMX٪ $). تنحرف الطريقة عن نموذج التبريد الحسابي القياسي من خلال استغلال التأثيرات التعاونية المرتبطة بآلية كسر التناظر التلقائي والتي يتم تضخيمها بواسطة ظاهرة النفق الكمومي. يتم عرض بروتوكول المحو الكمي التعاوني هذا تجريبيًا على مادة التلدين الكمومية التجارية ويمكن تطبيقه بسهولة في الجيل التالي من أجهزة الكمبيوتر الكمومية القائمة على البوابة / التلدين الكمي ، من أجل التهيئة السريعة والفعالة والفعالة للطاقة لوحدات المعالجة الكمية.

الصورة المميزة: مسارات عدة مسارات لبروتوكول إعادة التعيين التعاوني في الأنظمة الكلاسيكية (على اليسار) والكمية (اليمنى).

العرض من بعض النتائج المبكرة لهذا العمل في مؤتمر الديناميكا الحرارية الكمية 2022 من قبل ميشيل كامبيسي

ملخص شعبي

لكي تكون الحسابات الكمومية فعالة ، يحتاج المرء إلى إعادة ضبط الوحدات المنطقية الكمية ، ما يسمى بالكيوبتات ، في حالات محددة جيدًا. كلما زاد عدد الكيوبتات المشاركة في الحساب الكمي ، يجب أن تكون إعادة الضبط أكثر دقة ، حتى يكون الحساب موثوقًا به.

عادة ما يتم إجراء عملية إعادة الضبط على كل كيوبت على حدة. في عملنا بدلاً من ذلك ، يتم إعادة تعيين العديد من الكيوبتات بشكل جماعي في وقت واحد ، عن طريق آلية نطلق عليها "محو المعلومات الكمية التعاونية". هنا يتم السماح للكيوبتات بالتفاعل أثناء إجراء إعادة الضبط ، بطريقة تعزز تعاونًا إعادة تعيين بعضها البعض. علاوة على ذلك ، تشير النتائج التي توصلنا إليها إلى أن إضافة القليل من الكم يمكن أن يعزز بشكل كبير جودة إعادة الضبط.

تم عرض الطريقة على كمبيوتر كمي حقيقي ولوحظ أنها تعطي نتائج استثنائية من حيث الدقة ووقت التنفيذ واستهلاك الطاقة.

► بيانات BibTeX

ferences المراجع

[1] https: / / docs.dwavesys.com/ docs / latest / index.html ، تمت زيارته في عام 2022.
https: / / docs.dwavesys.com/ docs / latest / index.html

[2] أليكسيا أوفيف. تحتاج تقنيات الكم إلى مبادرة طاقة كمية. PRX Quantum، 3: 020101، 2022. 10.1103 / PRXQuantum 3.020101.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.020101

[3] J. Baugh و O. Moussa و CA Ryan و A. Nayak و R. Laflamme. التنفيذ التجريبي للتبريد الخوارزمي للحمام الحراري باستخدام الرنين المغناطيسي النووي للحالة الصلبة. Nature، 438 (7067): 470–473، 2005. 10.1038 / nature04272. عنوان URL https: / / doi.org/ 10.1038 / nature04272.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1038 / nature04272

[4] مارسيلو بينيديتي وجون ريلبي جوميز وروباك بيسواس وأليخاندرو بيردومو أورتيز. تقدير درجات الحرارة الفعالة في مواد التلدين الكمومية لتطبيقات أخذ العينات: دراسة حالة مع التطبيقات الممكنة في التعلم العميق. مراجعة البدنية أ ، 94 (2): 022308 ، 2016. 10.1103 / PhysRevA.94.022308. عنوان URL https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.94.022308.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.94.022308

[5] A.Bérut ، A. Petrosyan ، و S. Ciliberto. يتم تطبيق مساواة jarzynski المفصلة على إجراء لا رجوع فيه منطقيًا. 103: 60002 ، 2013. 10.1209 / 0295-5075 / 103/60002.
https:/​/​doi.org/​10.1209/​0295-5075/​103/​60002

[6] أنطوان بيروت ، وأرتاك أراكيليان ، وأرتيوم بتروسيان ، وسيرجيو سيليبرتو ، وراؤول ديلينشنايدر ، وإريك لوتز. التحقق التجريبي من مبدأ لانداور الذي يربط المعلومات بالديناميكا الحرارية. Nature، 483 (7388): 187–189، 2012. https: / / doi.org/ 10.1038 / nature10872.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1038 / nature10872

[7] أنطوان بيروت وأرتيوم بتروسيان وسيرجيو سيليبرتو. المعلومات والديناميكا الحرارية: التحقق التجريبي من مبدأ محو لانداور. J. ستات. Mech: Theory Exp.، 2015: P06015، 2015. 10.1088 / 1742-5468 / 2015/06 / p06015.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1742-5468/​2015/​06/​p06015

[8] لورنزو بوفوني وميشيل كامبيسي. كسر التذبذب والتناظر العفوي ومبدأ لانداور. J. ستات. فيز.، 186 (2): 31، 2022. 10.1007 / s10955-022-02877-8. URL https: / / doi.org/ 10.1007 / s10955-022-02877-8.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s10955-022-02877-8

[9] لورنزو بوفوني ، وستيفانو غيرارديني ، وإيمانويل زامبريني كروزيرو ، وياسر عمر. القانون الثالث للديناميكا الحرارية وقياس الحواسيب الكمومية. فيز. القس Lett.، (129): 150602، 2022. 10.1103 / PhysRevLett.129.150602. عنوان URL https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.129.150602.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.129.150602

[10] JI Cirac و AK Ekert و C. Macchiavello. التنقية المثلى للكيوبتات الفردية. فيز. القس Lett.، 82: 4344-4347، 1999. 10.1103 / PhysRevLett.82.4344.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.82.4344

[11] ماسيميليانو إسبوزيتو ، كاتيا ليندنبرغ ، وكريستيان فان دين برويك. إنتاج الانتروبيا كعلاقة بين النظام والخزان. New J. Phys.، 12: 013013، 2010. 10.1088 / 1367-2630 / 12/1/013013.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​12/​1/​013013

[12] ماركو فيلوس آسياني ، وجينغ هاو تشاي ، وروبرت إس ويتني ، وأليكسيا أوفيف ، وهوي خون نج. القيود في الحوسبة الكمومية من قيود الموارد. PRX Quantum، 2 (4): 040335، 2021. 10.1103 / PRXQuantum.2.040335. URL https: / / / 10.1103 / PRXQuantum.2.040335.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.040335

[13] خوسيه فرنانديز وسيث لويد وتال مور وفواني رويشودري. التبريد الحسابي للملفات المغزلية: طريقة عملية لزيادة الاستقطاب. المجلة الدولية للمعلومات الكمية ، 02: 461-477 ، 2004. URL https: / / doi.org/ 10.1142 / S0219749904000419.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1142 / S0219749904000419

[14] R. Gaudenzi و E. Burzurí و S. Maegawa و HSJ van der Zant و F. Luis. محو كوانتوم لانداور بمغناطيس نانوي جزيئي. نات. فيز ، 14 (6): 565-568 ، 2018. 10.1038 / s41567-018-0070-7.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41567-018-0070-7

[15] مومسيلو جافريلوف وجون بيخوفر. محو بدون عمل في إمكانات بئر مزدوجة غير متماثلة. فيز. القس Lett.، 117: 200601، 2016. 10.1103 / PhysRevLett.117.200601.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.117.200601

[16] مومسيلو جافريلوف ، رافائيل شيتريت ، وجون بيخوفر. يتوافق القياس المباشر لنتروبيا نظام عدم التوازن الضعيف مع شكل جيبس-شانون. وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم ، 114 (42): 11097-11102 ، 2017. 10.1073 / pnas.1708689114.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.1708689114

[17] N. Goldenfeld. محاضرات حول انتقالات المرحلة ومجموعة إعادة التطبيع. مطبعة CRC ، بوكا راتون ، الطبعة الأولى ، 1. https: / / doi.org/ 1992 / 10.1201.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1201 / 9780429493492

[18] رولف لانداور. اللارجعة وتوليد الحرارة في عملية الحوسبة. IBM J. Res. ديف. ، 5 (3): 183–191 ، 1961. 10.1147 / rd.53.0183.
https: / / doi.org/ 10.1147 / rd.53.0183

[19] أوميش ف. فازيراني ليونارد جيه شولمان. المحركات الحرارية الجزيئية والحساب الكمي القابل للتطوير. في STOC '99 وقائع ندوة ACM السنوية الحادية والثلاثين حول نظرية الحوسبة ، الصفحات 322-329 ، 1999. 10.1145 / 301250.301332.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1145 / 301250.301332

[20] K. Likharev. ديناميات بعض الأجهزة الكمومية ذات التدفق الأحادي: 13. الكمون البارامترية. معاملات IEEE على المغناطيسية ، 1 (242): 244-1977 ، 10.1109. 1977.1059351 / TMAG.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1109 / TMAG.1977.1059351

[21] خوان إم آر باروندو. تمت إعادة النظر في محرك Szilard: إنتروبيا ، والعشوائية العيانية ، وانتقالات طور كسر التماثل. الفوضى ، 11 (3): 725-733 ، 2001. 10.1063 / 1.1388006.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1063 / 1.1388006

[22] باربرا بيتشوسينسكا. محو المعلومات. فيز. القس أ ، 61: 062314 ، مايو 2000. 10.1103 / PhysRevA.61.062314. عنوان URL https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.61.062314.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.61.062314

[23] جون بريسكيل. الحوسبة الكمية في عصر NISQ وما بعده. الكم ، 2:79 ، 2018. 10.22331 / q-2018-08-06-79.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2018-08-06-79

[24] كاريل بروسمانز وجانيك إيريش وجون بيخوفر. مبدأ لانداور محدود الوقت. فيز. القس Lett.، 125: 100602، 2020. 10.1103 / PhysRevLett.125.100602.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.100602

[25] أولي-بنتتي سايرا ، وماثيو هـ.ماثيني ، وراج كاتي ، وارين فون ، وجريجوري ويمسات ، وجيمس ب.كراتشفيلد ، وسيوان هان ، ومايكل إل روكس. الديناميكا الحرارية غير المتوازنة للمحو مع منطق التدفق الفائق التوصيل. فيز. Rev. Research، 2: 013249، 2020. 10.1103 / PhysRevResearch.2.013249.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.013249

[26] ليونارد جيه شولمان وتال مور ويوسي وينشتاين. الحدود الفيزيائية للتبريد الحسابي بالحمام الحراري. فيز. القس ليت.، 94: 120501، 2005. 10.1103 / PhysRevLett.94.120501.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.94.120501

[27] أندريا سولفانيلي وأليساندرو سانتيني وميشيل كامبيسي. الطرق الديناميكية الحرارية الكمية لتنقية كيوبت على وحدة معالجة كمومية. AVS Quantum Science، 4 (2): 026802، 2022. 10.1116 / 5.0091121.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1116 / 5.0091121

[28] فيليب تارانتو ، فرج باخشينيجاد ، أندرياس بلوم ، رالف سيلفا ، نيكولاي فريس ، ماكسيميليان بي لوك ، جوزيبي فيتاجليانو ، فيليكس سي بيندر ، تياجو ديباربا ، إيمانويل شوارزانس ، فابيان كليفاز ، ماركوس هوبر. Landauer مقابل Nernst: ما هي التكلفة الحقيقية لتبريد نظام الكم؟ arXiv: 2106.05151، 2021. URL https: / / doi.org/ 10.48550 / arXiv.2106.05151.
https: / / doi.org/10.48550 / arXiv.2106.05151
أرخايف: 2106.05151

دليلنا يستخدم من قبل

نشرت هذه الورقة في الكم تحت نسبة المشاع الإبداعي 4.0 الدولية (CC BY 4.0) رخصة. يظل حقوق الطبع والنشر مع مالكي حقوق الطبع والنشر الأصليين مثل المؤلفين أو مؤسساتهم.

الطابع الزمني:

اكثر من مجلة الكم