تخفيف الخطأ على جهاز فوتوني كمي قريب المدى

عقدة المصدر: 844782

دايقين سو1، روبرت إسرائيل1، كونال شارما2، Haoyu Qi1، إيش داند1، وكميل بادلر1

1Xanadu ، تورنتو ، أونتاريو ، M5G 2C8 ، كندا
2معهد هيرني للفيزياء النظرية وقسم الفيزياء وعلم الفلك ، جامعة ولاية لويزيانا ، باتون روج ، لوس أنجلوس ، الولايات المتحدة الأمريكية

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

ملخص

يعد فقدان الفوتون مدمرًا لأداء الأجهزة الضوئية الكمية ، وبالتالي فإن قمع تأثيرات فقدان الفوتون أمر بالغ الأهمية لتقنيات الكم الضوئية. نقدم مخططين للتخفيف من آثار فقدان الفوتون لجهاز أخذ عينات Boson Boson ، على وجه الخصوص ، لتحسين تقدير احتمالات أخذ العينات. بدلاً من استخدام أكواد تصحيح الأخطاء باهظة الثمن من حيث النفقات العامة لموارد أجهزتهم ، تتطلب مخططاتنا قدرًا صغيرًا فقط من تعديلات الأجهزة أو حتى لا تتطلب أي تعديل. تعتمد تقنيات قمع الخسارة لدينا إما على جمع بيانات قياس إضافية أو على المعالجة اللاحقة الكلاسيكية بمجرد الحصول على بيانات القياس. لقد أظهرنا أنه بتكلفة معتدلة للمعالجة اللاحقة الكلاسيكية ، يمكن قمع تأثيرات فقدان الفوتون بشكل كبير لمقدار معين من الخسارة. وبالتالي ، فإن المخططات المقترحة هي عامل تمكين رئيسي لتطبيقات الأجهزة الكمومية الضوئية على المدى القريب.

يعد جهاز أخذ عينات البوزون الغاوسي (GBS) أحد أكثر الأجهزة الضوئية الكمومية الواعدة. تم استخدامه مؤخرًا لإثبات الميزة الحسابية الكمومية على أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية في مشكلة أخذ عينات محددة. قد يجد جهاز GBS أيضًا تطبيقات عملية ، على سبيل المثال ، في حل مشاكل الالتحام الجزيئي ، في المستقبل القريب. ومع ذلك ، فإن أداء جهاز GBS يتدهور بشكل كبير بسبب فقدان الفوتون. من حيث المبدأ ، يمكن تصحيح فقدان الفوتون باستخدام أكواد تصحيح الأخطاء الكمومية ، لكن هذه الأكواد تقدم عبئًا كبيرًا على الموارد. يقترح هذا العمل مخططين للتخفيف من تأثير فقد الفوتون لجهاز GBS على المدى القريب ، مع تعديل بسيط للأجهزة أو حتى بدون تعديل. الثمن الذي يجب دفعه هو إجراء تجارب متعددة والمعالجة اللاحقة الكلاسيكية. وجد هذا العمل أنه يمكن قمع تأثير فقدان الفوتون بشكل كبير بكمية معتدلة من الموارد الكلاسيكية. لذلك ، تعد مخططات تخفيف الخسارة المقترحة ضرورية للتطبيقات قصيرة المدى للتقنيات الضوئية الكمية.

► بيانات BibTeX

ferences المراجع

[1] AG Fowler و M. Mariantoni و JM Martinis و AN Cleland ، الرموز السطحية: نحو عملية حسابية كمية واسعة النطاق ، Phys. Rev. A 86، 032324 (2012).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.86.032324

[2] J. Preskill ، الحوسبة الكمومية في عصر NISQ وما بعده ، الكم 2 ، 79 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2018-08-06-79

[3] S. Boixo و SV Isakov و VN Smelyanskiy و R. Babbush و N. Ding و Z. Jiang و MJ Bremner و JM Martinis و H. Neven ، وصف التفوق الكمي في الأجهزة على المدى القريب ، فيزياء الطبيعة 14 ، 595 (2018) .
الشبكي: / / doi.org/ 10.1038 / s41567-018-0124-X

[4] S. Aaronson، and L. Chen، الأسس النظرية المعقدة لتجارب التفوق الكمومي ، arXiv: 1612.05903.
أرخايف: 1612.05903v1

[5] F. Arute ، وآخرون ، التفوق الكمي باستخدام معالج فائق التوصيل قابل للبرمجة ، Nature 574، 505 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-019-1666-5

[6] MJ Bremner و R. Jozsa و DJ Shepherd ، تشير المحاكاة الكلاسيكية للحسابات الكمومية إلى انهيار التسلسل الهرمي متعدد الحدود ، وقائع الجمعية الملكية أ: العلوم الرياضية والفيزيائية والهندسية 467 ، 459 (2011).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1098 / rspa.2010.0301

[7] MJ Bremner و A. Montanaro و DJ Shepherd ، متوسط ​​تعقيد الحالة مقابل محاكاة تقريبية للتنقل بين الحسابات الكمومية ، فيز. القس ليت. 117 ، 080501 (2016).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.117.080501

[8] MJ Bremner ، A. Montanaro ، و DJ Shepherd ، تحقيق التفوق الكمي من خلال الحسابات الكمومية المتفرقة والصاخبة ، Quantum 1 ، 8 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2017-04-25-8

[9] S. Aaronson ، A. Arkhipov ، التعقيد الحسابي للبصريات الخطية ، وقائع ندوة ACM السنوية الثالثة والأربعين حول نظرية الحوسبة ، 333-342 (2011).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1145 / 1993636.1993682

[10] CS Hamilton، R. Kruse، L. Sansoni، S. Barkhofen، C. Silberhorn، Christine، and I. Jex، Gaussian Boson Sampling، Phys. القس ليت. 119 ، 170501 (2017).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.170501

[11] S. Rahimi-Keshari و AP Lund و TC Ralph ، ماذا يمكن أن تقوله البصريات الكمومية حول نظرية التعقيد الحسابي ؟، فيز. القس ليت. 114 ، 060501 (2015).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.060501

[12] S. Rahimi-Keshari، TC Ralph و CM Caves ، ظروف كافية لمحاكاة كلاسيكية فعالة للبصريات الكمومية ، فيز. القس X 6 ، 021039 (2016).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.6.021039

[13] A. Peruzzo ، J. McClean ، P. Shadbolt ، M. Yung ، X. Zhou ، PJ Love ، A. Aspuru-Guzik ، and JL O'brien ، حل متغير للقيمة الذاتية على معالج كمومي ضوئي ، اتصالات الطبيعة 5 ، 4213 (2014).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms5213

[14] فارحي ، ج. غولدستون ، وس. جوتمان ، خوارزمية تحسين تقريبية كمومية ، arXiv: 1411.4028.
أرخايف: 1411.4028

[15] فارحي ، وأو هارو ، التفوق الكمي من خلال خوارزمية التحسين الكمي التقريبي ، arXiv: 1602.07674.
أرخايف: 1602.07674

[16] K. Temme، S. Bravyi، and JM Gambetta، Error Mitigation for Short Depth Quantum Circuits، Phys. القس ليت. 119 ، 180509 (2017).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.180509

[17] Y. Li و SC Benjamin ، محاكي الكم المتغير الفعال الذي يتضمن تقليل الخطأ النشط ، فيز. القس X 7 ، 021050 (2017).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.7.021050

[18] Kandala و K. Temme و AD Córcoles و A. Mezzacapo و JM Chow و JM Gambetta ، يعمل التخفيف من الخطأ على توسيع النطاق الحسابي للمعالج الكمومي الصاخب ، Nature 567 ، 491 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-019-1040-7

[19] S. Endo و SC Benjamin و Y. Li ، التخفيف العملي لأخطاء الكم لتطبيقات المستقبل القريب ، فيز. القس X 8 ، 031027 (2018).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.031027

[20] C. Song ، J. Cui ، H. Wang ، J. Hao ، H. Feng ، H. and Li ، Ying ، حساب الكم مع تخفيف الخطأ العالمي على معالج كمي فائق التوصيل ، Science Advances 5 ، (2019).
https: / / doi.org/ 10.1126 / sciadv.aaw5686

[21] S. Zhang ، Y. Lu ، K. Zhang ، W. Chen ، Y. Li ، J. Zhang ، and K. Kim ، بوابات كمية مخففة للخطأ تتجاوز الإخلاص المادي في نظام الأيونات المحاصرة ، Nature Communications 11 ، 1 ( 2020).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1038 / s41467-020-14376 زي

[22] X. Bonet-Monroig و R. Sagastizabal و M. Singh و TE O'Brien ، تقليل الخطأ منخفض التكلفة عن طريق التحقق من التماثل ، Phys. القس أ 98 ، 062339 (2018).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.062339

[23] R. Sagastizabal، X. Bonet-Monroig، M. Singh، MA Rol، CC Bultink، X. Fu، CH Price، VP Ostroukh، N. Muthusubramanian، A. Bruno، M. Beekman، N. Haider، TE O'Brien ، و L. DiCarlo ، التخفيف من الخطأ التجريبي عن طريق التحقق من التناظر في eigensolver الكم المتغير ، Phys. القس أ 100 ، 010302 (ت) (2019).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.010302

[24] S. McArdle و X. Yuan و S. Benjamin ، محاكاة الكم الرقمية المخففة من الخطأ ، فيز. القس ليت. 122 ، 180501 (2019).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.122.180501

[25] X. Bonet-Monroig و R. Sagastizabal و M. Singh و TE O'Brien ، تقليل الخطأ منخفض التكلفة عن طريق التحقق من التماثل ، Phys. القس أ 98 ، 062339 (2018).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.062339

[26] إم سيريزو ، ك.شارما ، أراسميث ، وبي جيه كولز ، الحالة الكمية المتغيرة eigensolver ، arXiv: 2004.01372.
أرخايف: 2004.01372

[27] JR McClean و J. Romero و R. Babbush و A. Aspuru-Guzik ، نظرية الخوارزميات الكمومية الهجينة المتغيرة ، New Journal of Physics 18 ، 023023 (2016).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​18/​2/​023023

[28] K. Sharma، S. Khatri، M. Cerezo، and PJ Coles، Noise resilience of variability compilation، New Journal of Physics 22، 043006 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / ab784c

[29] سينسيو ، ك. رودنجر ، إم ساروفار ، وبي جيه كولز ، التعلم الآلي لدوائر الكم المقاومة للضوضاء ، PRX Quantum 2 ، 010324 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.010324

[30] Y. Chen و M. Farahzad و S. Yoo و T. Wei ، التصوير المقطعي للكاشف على أجهزة الكمبيوتر الكمومية من IBM وتخفيف القياس غير الكامل ، فيز. القس أ 100 ، 052315 (2019).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.052315

[31] MR Geller و M. Sun ، التصحيح الفعال لأخطاء القياس متعددة البتات ، arXiv: 2001.09980.
أرخايف: 2001.09980

[32] L. Funcke ، T. Hartung ، K. Jansen ، S. Kühn ، P. Stornati ، and X. Wang ، قياس التخفيف من الخطأ في أجهزة الكمبيوتر الكمومية من خلال تصحيح قلب البت الكلاسيكي ، arXiv: 2007.03663.
أرخايف: 2007.03663

[33] H. Kwon ، و J. Bae ، نهج كمومي هجين لتقليل أخطاء القياس في خوارزميات الكم ، معاملات IEEE على أجهزة الكمبيوتر (2020).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1109 / TC.2020.3009664

[34] JR McClean و ME Kimchi-Schwartz و J. Carter و WA de Jong ، التسلسل الهرمي الكمي الكلاسيكي الهجين للتخفيف من فك الترابط وتحديد الحالات المثارة ، فيز. القس أ 95 ، 042308 (2017).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.95.042308

[35] J. Sun، X. Yuan، T. Tsunoda، V. Vidal، SC Bejamin، and S. Endo، Mitigating Realistic Noise in Practical Noisy Intermediate-Scale Quantum Devices، Phys. القس المطبق 15 ، 034026 (2021).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.15.034026

[36] A. Strikis ، D. Qin ، Y. Chen ، BC Benjamin ، and Y. Li ، التخفيف من الخطأ الكمي القائم على التعلم ، arXiv: 2005.07601.
أرخايف: 2005.07601

[37] P. Czarnik ، A. Arrasmith ، PJ Coles ، و L. Cincio ، التخفيف من الخطأ باستخدام بيانات الدائرة الكمومية لكليفورد ، arXiv: 2005.10189.
أرخايف: 2005.10189

[38] A. Zlokapa ، و A. Gheorghiu ، نموذج التعلم العميق للتنبؤ بالضوضاء على الأجهزة الكمومية على المدى القريب ، arXiv: 2005.10811.
أرخايف: 2005.10811

[39] J. Arrazola ، و TR Bromley ، باستخدام عينات Boson Gaussian للعثور على الرسوم البيانية الفرعية الكثيفة ، Phys. القس ليت. 121 ، 030503 (2018).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.121.030503

[40] K. Brádler، S. Friedland، J. Izaac، N. Killoran، and D. Su، Graph isomorphism and Gaussian boson sampling، Spec. المصفوفات 9 ، 166 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1515 / spma-2020-0132

[41] شولد ، ك بردلر ، ر. إسرائيل ، د. سو ، وب. جوبت ، قياس تشابه الرسوم البيانية مع عينات بوزون غاوسي ، فيز. القس أ 101 ، 032314 (2020).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.101.032314

[42] K. Brádler، R. Israel، M. Schuld، and D. Su، A duality at the heart of Gaussian boson sampling، arXiv: 1910.04022.
أرخايف: 1910.04022v1

[43] C. Weedbrook، S.Pirandola، R. García-Patrón، NJ Cerf، TC Ralph، JH Shapiro، and S. Lloyd، Gaussian quantum information، Rev. Mod. فيز. 84 ، 621 (2012).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.84.621

[44] K. Brádler، P. Dallaire-Demers، P. Rebentrost، D. Su، and C. Weedbrook، Gaussian boson sampling للحصول على مطابقة مثالية للرسوم البيانية التعسفية ، Phys. القس أ 98 ، 032310 (2018).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.032310

[45] H. Qi، DJ Brod، N. Quesada، and R. García-Patrón، Regimes of Classic Simulability for Noisy Gaussian Boson Sampling، Phys. القس ليت. 124 ، 100502 (2020).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.124.100502

[46] WR Clements و PC Humphreys و BJ Metcalf و WS Kolthammer و IA Walsmley ، التصميم الأمثل لمقاييس التداخل الشاملة متعددة المنافذ ، Optica 3 ، 1460 (2016).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1364 / OPTICA.3.001460

[47] M. Reck ، A. Zeilinger ، HJ Bernstein ، P. Bertani ، التحقيق التجريبي لأي مشغل موحد منفصل ، فيز. القس ليت. 73 ، 58 (1994).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.73.58

[48] M. Jacques و A. Samani و E. El-Fiky و D. Patel و X. Zhenping و DV Plant ، تحسين تصميم مبدل الطور الحراري البصري وتخفيف الحديث المتبادل الحراري على منصة SOI ، Opt. Express 27 ، 10456 (2019).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1364 / OE.27.010456

[49] سيرافيني ، المتغيرات الكمية المستمرة: كتاب تمهيدي للطرق النظرية (CRC Press ، 2017).

[50] J. Huh، GG Guerreschi، B. Peropadre، JR McClean، and A. Aspuru-Guzik، Boson sampling for Molecular vibronic spectra، Nature Photonics 9، 615 (2015).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1038 / nphoton.2015.153

[51] S. Rahimi-Keshari، MA Broome، R. Fickler، A. Fedrizzi، TC Ralph، and AG White ، التوصيف المباشر للشبكات البصرية الخطية ، Opt. Express 21 ، 13450 (2013).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1364 / OE.21.013450

[52] جيوفانيتي ، أس هوليفو ، ر. غارسيا باترون ، حل تخمين Gaussian Optimizer للقنوات الكمية ، Commun. رياضيات. فيز. 334 ، 1553 (2015).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-014-2150-6

[53] R. García-Patrón، J.Renema، and V. Shchesnovich، Simulation boson sampling in lossy architecture، Quantum 3، 169 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2019-08-05-169

[54] R. Kruse ، CS Hamilton ، L. Sansoni ، S. Barkhofen ، C. Silberhorn ، and I. Jex ، دراسة تفصيلية لأخذ عينات بوزون Gaussian ، Phys. القس أ 100 ، 032326 (2019).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.032326

دليلنا يستخدم من قبل

[1] إم سيريزو ، أندرو أراسميث ، رايان بابوش ، سيمون سي بنجامين ، سوجورو إندو ، كيسوكي فوجي ، جارود آر ماكلين ، كوسوكي ميتاراي ، شياو يوان ، لوكاس سينسيو ، وباتريك جيه كولز ، "خوارزميات الكم المتغيرة" ، أرخايف: 2012.09265.

[2] تايلر فولكوف ، زوي هولمز ، وأندرو سورنبورجر ، "التجميع الشامل و (لا) نظريات الغداء المجاني للتعلم الكمي المتغير المستمر" ، أرخايف: 2105.01049.

[3] شريا بي كومار وليونهارد نيوهاوس ولوكاس جي هيلت وهاويو كي وبلير موريسون وديلان إتش ماهلر وإيش داند ، "التخفيف من عيوب البصريات الخطية عن طريق تخصيص الموانئ وتجميعها" ، أرخايف: 2103.03183.

[4] سعد يالوز ، برونو سينجين ، فيليبو مياتو ، وفيدران دونجكو ، "ترميز الدوال الموجية متعددة البوزونات المترابطة بقوة على كمبيوتر كمومي ضوئي: التطبيق على نموذج بوز هوبارد الجذاب" ، أرخايف: 2103.15021.

الاستشهادات المذكورة أعلاه من إعلانات ساو / ناسا (تم آخر تحديث بنجاح 2021-05-07 23:43:35). قد تكون القائمة غير كاملة نظرًا لأن جميع الناشرين لا يقدمون بيانات اقتباس مناسبة وكاملة.

On خدمة Crossref's cited-by service لم يتم العثور على بيانات حول الاستشهاد بالأعمال (المحاولة الأخيرة 2021-05-07 23:43:33).

المصدر: https://quantum-journal.org/papers/q-2021-05-04-452/

الطابع الزمني:

اكثر من مجلة الكم