استكشاف مورد التشابك في أنظمة النقاط الكمية Si مع نهج قابلية شبه التشغيل التشغيلي

عقدة المصدر: 1719787

جونغهي ريو و هون ريو

قسم الحوسبة الفائقة الوطنية ، المعهد الكوري لمعلومات العلوم والتكنولوجيا ، دايجون 34141 ، جمهورية كوريا

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

ملخص

نحن نميز التشابك الكمي للإشارات الواقعية المكونة من XNUMX كيوبت والتي تعتبر حساسة لشحن الضوضاء. مثال العمل لدينا هو الاستجابة الزمنية المتولدة من منصة النقطة الكمومية المزدوجة من السيليكون (DQD) ، حيث يتم إجراء دوران واحد كيوبت وعملية لا يتم التحكم فيها بمقدار XNUMX كيوبت بالتتابع في الوقت المناسب لإنشاء حالات متشابكة تعسفية. من أجل توصيف تشابك حالتين كيوبت ، نستخدم نهج قابلية التشغيل الهامشية (OQ) الذي يسمح بالقيم السالبة لوظيفة الاحتمال إذا كانت حالة معينة متشابكة. في حين أن ضجيج الشحن ، الموجود في كل مكان في أجهزة أشباه الموصلات ، يؤثر بشدة على العمليات المنطقية التي يتم تنفيذها في منصة DQD ، مما يتسبب في تدهور كبير في دقة العمليات الأحادية بالإضافة إلى حالات ثنائية الكيوبت الناتجة ، يتضح النمط في قوة التشابك التي تحركها OQ أن تكون ثابتة تمامًا ، مما يشير إلى أن مورد التشابك الكمي لم يتم كسره بشكل كبير على الرغم من تعرض النظام المادي لتقلبات مدفوعة بالضوضاء في تفاعل التبادل بين النقاط الكمومية.

نحن نميز تشابك حالتين من وحدات البت الكمومية (كيوبت) التي تم إنشاؤها في منصة ذات حجم واقعي من السيليكون (Si) بنقطة كمومية مزدوجة (DQD). بالنسبة للحالات التعسفية المكونة من اثنين كيوبت والتي يتم إنتاجها من خلال توصيل دوران كيوبت واحد متبوعًا بعملية خاضعة للرقابة X ، فإننا نستخدم وظيفة قابلية التشغيل الهامشية (OQ) لتحديد موارد التشابك بشكل مباشر. نوضح هنا أن وظيفة OQ الهامشية ، والتي يمكن إنشاؤها فقط من خلال مشغلين قابلين للقياس مباشرة ، يمكن أن تكون بمثابة مؤشر قوي للتشابك الكمي على الرغم من أن حالة معينة ملوثة كثيرًا بضوضاء الشحن ، لأنها تميز قوة التشابك بدقة معقولة وتكلفة حوسبة أقل مقارنة بطريقة السلبية المعروفة التي تتضمن عملية التصوير المقطعي بالحالة الكاملة. نحن أيضًا نبحث في كيفية تأثر حالات 70 كيوبت في نظام Si DQD بضوضاء الشحن الموجودة في كل مكان في أجهزة أشباه الموصلات. بينما نرى أن الضوضاء تؤدي إلى تدهور كبير في الدقة ، فإن تأثيرها على مورد التشابك يكون أضعف بكثير بحيث يمكن الاحتفاظ بأكثر من 20٪ من الموارد لحالات بيل المتشابكة إلى أقصى حد حتى في حالة صاخبة بشدة حيث تنخفض دقة الحالة إلى حوالي XNUMX٪.

► بيانات BibTeX

ferences المراجع

[1] Ryszard Horodecki و Pawe Horodecki و Michał Horodecki و Karol Horodecki. "التشابك الكمي". القس وزارة الدفاع. فيز. 81 ، 865-942 (2009).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.81.865

[2] نيكولاس برونر ودانييل كافالكانتي وستيفانو بيرونيو وفاليريو سكاراني وستيفاني وينر. "بيل nonlocality". القس وزارة الدفاع. فيز. 86 ، 419-478 (2014).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.419

[3] بينيت ، وجيل براسار ، وكلود كريبو ، وريتشارد جوزسا ، وآشر بيريز ، وويليام ك. ووترز. "النقل الآني لحالة كمومية غير معروفة عبر قنوات ثنائية كلاسيكية وقنوات آينشتاين - بودولسكي - روزن". فيز. القس ليت. 70 ، 1895-1899 (1993).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.70.1895

[4] بي دبليو شور. "خوارزميات الحساب الكمي: اللوغاريتمات المنفصلة والعوملة". في وقائع الندوة السنوية الخامسة والثلاثون حول أسس علوم الكمبيوتر. الصفحات 35-124. (134).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1109 / SFCS.1994.365700

[5] Changhyoup Lee و Benjamin Lawrie و Raphael Pooser و Kwang-Geol Lee و Carsten Rockstuhl و Mark Tame. "مجسات البلازما الكمومية". المراجعات الكيميائية 121 ، 4743-4804 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1021 / acs.chemrev.0c01028

[6] فرانك أروت ، وكونال آريا ، ورايان بابوش $ {et} $ {al} $. "التفوق الكمي باستخدام معالج فائق التوصيل قابل للبرمجة". Nature 574 ، 505-510 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-019-1666-5

[7] جاري جيه موني ، تشارلز دي هيل ، ولويد سي إل هولينبيرج. "التشابك في حاسوب كمومي فائق التوصيل 20 كيوبت". التقارير العلمية 9 ، 13465 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41598-019-49805-7

[8] بوغوريلوف ، ت. فيلدكر ، الفصل. Marciniak، L. Postler، G. Jacob، O. Krieglsteiner، V. Podlesnic، M. Meth، V. Negnevitsky، M. Stadler، B. Höfer، C. Wächter، K. Lakhmanskiy، R. Blatt، P. شندلر وتي مونز. "مصيدة الأيونات المدمجة للحوسبة الكمومية". PRX كوانتوم 2 ، 020343 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.020343

[9] ديبناث ، إن إم لينك ، سي فيغات ، كا لاندسمان ، كاي رايت ، وسي مونرو. "عرض توضيحي لجهاز كمبيوتر كمي صغير قابل للبرمجة مع كيوبتات ذرية". Nature 536 ، 63-66 (2016).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1038 / nature18648

[10] K. Wright، KM Beck، S. Debnath، JM Amini، Y. Nam، N. Grzesiak، JS Chen، NC Pisenti، M. Chmielewski، C. Collins، KM Hudek، J. Mizrahi، JD Wong-Campos، S. ألين ، جيه أبيسدورف ، بي سولومون ، إم. ويليامز ، إيه إم دوكور ، إيه بلينوف ، إس إم كريكيمير ، في تشابلن ، إم كيسان ، سي مونرو ، وجي كيم. "قياس أداء حاسوب كمي بسعة 11 كيلوبت". اتصالات الطبيعة 10 ، 5464 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-019-13534-2

[11] TF Watson و SGJ Philips و E. Kawakami و DR Ward و P. Scarlino و M. Veldhorst و DE Savage و MG Lagally و Mark Friesen و SN Coppersmith و MA Eriksson و LMK Vandersypen. "معالج كمومي 555 كيوبت قابل للبرمجة في السيليكون". Nature 633 ، 637-2018 (XNUMX).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1038 / nature25766

[12] M. Steger ، K. Saeedi ، MLW Thewalt ، JJL Morton ، H. Riemann ، NV Abrosimov ، P. Becker ، and H.-J. بوهل. "تخزين المعلومات الكمية لأكثر من 180 ثانية باستخدام لفات المانحين في $ {} ^ {28} $ SI" فراغ أشباه الموصلات ". العلوم 336 ، 1280-1283 (2012).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1126 / science.1217635

[13] أليكسي إم تيريشكين ، شينيتشي توجو ، جون جيه إل مورتون ، هيلج ريمان ، نيكولاي في أبروسيموف ، بيتر بيكر ، هانز يواكيم بول ، توماس شينكل ، مايكل إل دبليو ثيوالت ، كوهي إم إيتوه ، إس إيه ليون. "تماسك دوران الإلكترون يتجاوز الثواني في السيليكون عالي النقاء". مواد الطبيعة 11 ، 143–147 (2012).
https: / / doi.org/10.1038 / nmat3182

[14] إم فيلدهورست ، جي سي سي هوانغ ، سي إتش يانغ ، إيه دبليو لينسترا ، بي دي روند ، جي بي ديهولين ، جي تي موهونين ، إف إي هدسون ، كي إم إيتوه ، إيه موريلو ، إيه إس دزوراك. "كيوبت نقطة كمية قابلة للعنونة مع دقة تحكم متسامحة مع الخطأ". Nature Nanotechnology 9 ، 981-985 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nnano.2014.216

[15] إم فيلدهورست ، سي إتش يانج ، جي سي سي هوانج ، دبليو هوانج ، جي بي ديهولين ، جي تي موهونين ، إس سيمونز ، إيه لاوتشت ، إف إي هدسون ، كي إم إيتوه ، إيه موريلو ، إيه إس دزوراك. "بوابة منطقية ثنائية كيوبت في السيليكون". Nature 526 ، 410-414 (2015).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1038 / nature15263

[16] DM Zajac و AJ Sigillito و M. Russ و F. Borjans و JM Taylor و G. Burkard و JR Petta. "بوابة cnot مدفوعة بشكل رنان لدوران الإلكترون". العلوم 359 ، 439-442 (2018).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1126 / science.aao5965

[17] أوتفريد جون وجيزا توث. "كشف التشابك". تقارير الفيزياء 474 ، 1–75 (2009).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1016 / j.physrep.2009.02.004

[18] إي فيجنر. "حول التصحيح الكمي للتوازن الحراري الديناميكي". فيز. القس 40 ، 749-759 (1932).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.40.749

[19] ك. الحسيمي. "بعض الخصائص الشكلية لمصفوفة الكثافة". وقائع الجمعية الفيزيائية والرياضية في اليابان. السلسلة الثالثة 3 ، 22-264 (314).
https: / / doi.org/10.11429 / ppmsj1919.22.4_264

[20] روي جيه جلوبر. "حالات متماسكة وغير متماسكة في مجال الإشعاع". فيز. القس 131 ، 2766-2788 (1963).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.131.2766

[21] ECG سودارشان. "معادلة الأوصاف شبه الكلاسيكية والميكانيكية الكمية لحزم الضوء الإحصائية". فيز. القس ليت. 10 ، 277-279 (1963).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.10.277

[22] KE Cahill و RJ Glauber. "عوامل الكثافة والتوزيعات شبه الحيوية". فيز. القس 177 ، 1882 - 1902 (1969).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.177.1882

[23] كريستوفر فيري. "تمثيلات شبه احتمالية لنظرية الكم مع تطبيقات لعلوم المعلومات الكمومية". تقارير عن التقدم في الفيزياء 74 ، 116001 (2011).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0034-4885/​74/​11/​116001

[24] Jiyong Park و Junhua Zhang و Jaehak Lee و Se-Wan Ji و Mark Um و Dingshun Lv و Kihwan Kim و Hyunchul Nha. "اختبار nonclassical و non-gaussianity في فضاء المرحلة". فيز. القس ليت. 114 ، 190402 (2015).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.190402

[25] J. Sperling و IA Walmsley. "تمثيل Quasiprobability للترابط الكمي". فيز. القس أ 97 ، 062327 (2018).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.062327

[26] J Sperling و W Vogel. "توزيعات Quasiprobability من أجل التماسك الكمي البصري وما بعده". فيزيكا سكريبتا 95 ، 034007 (2020).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1088 / 1402-4896 / ab5501

[27] مارتن بومان وإليزابيث أجودلو وجان سبيرلينج. "التحقيق في nonclassical مع مصفوفات لتوزيعات الطور والفضاء". الكم 4 ، 343 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-10-15-343

[28] Jiyong Park و Jaehak Lee و Kyunghyun Baek و Hyunchul Nha. "تحديد كمية non-gaussianity للحالة الكمومية بواسطة الانتروبيا السلبية لتوزيعات التربيع". فيز. القس أ 104 ، 032415 (2021).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.104.032415

[29] جونغهي ريو ، وجيمس ليم ، وسونغهيوك هونغ ، وجينهيونغ لي. “quasiprobabilities العملياتية لل qudits”. فيز. القس أ 88 ، 052123 (2013).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.88.052123

[30] Jeongwoo Jae و Junghee Ryu و Jinhyoung Lee. "شبه الاحتمالات التشغيلية للمتغيرات المستمرة". فيز. القس أ 96 ، 042121 (2017).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.96.042121

[31] Junghee Ryu و Sunghyuk Hong و Joong-Sung Lee و Kang Hee Seol و Jeongwoo Jae و James Lim و Jiwon Lee و Kwang-Geol Lee و Jinhyoung Lee. "تجربة بصرية لاختبار الاحتمالية السلبية في سياق اختيار القياس الكمي". التقارير العلمية 9 ، 19021 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41598-019-53121-5

[32] جي-هون كانغ ، وجونغهي ريو ، وهون ريو. "استكشاف سلوكيات أنظمة النقاط الكمومية التي يحركها الأقطاب الكهربائية: من التحكم في الشحنات إلى عمليات الكيوبت". مقياس النانو 13 ، 332-339 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1039 / D0NR05070A

[33] هون ريو وجي هون كانغ. "إزالة عدم الاستقرار الناجم عن الضوضاء لمنطق التشابك في أجهزة السيليكون مع عناصر التحكم في التحيز". التقارير العلمية 12 ، 15200 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41598-022-19404-0

[34] جينج وانج ، أ. رحمن ، أ. جوش ، ج. كليميك ، وم. لوندستروم. "حول صلاحية تقريب الكتلة الفعالة المكافئ لحساب $ {I} $ - $ {V} $ لترانزستورات السيليكون النانوي". معاملات IEEE على الأجهزة الإلكترونية 52 ، 1589-1595 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TED.2005.850945

[35] ر. نيومان و LR شرايبر. "محاكاة ديناميات المجال الضال للمغناطيس الصغير من أجل معالجة الدوران بالكيوبت". مجلة الفيزياء التطبيقية 117 ، 193903 (2015).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1063 / 1.4921291

[36] ماكسيميليان روس ، و DM Zajac ، و AJ Sigillito ، و F. Borjans ، و JM Taylor ، و JR Petta ، و Guido Burkard. "بوابات كمومية عالية الدقة بنقاط كمية مزدوجة سي / سيج". فيز. القس ب 97 ، 085421 (2018).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.97.085421

[37] E. Paladino و YM Galperin و G. Falci و BL Altshuler. “$ {1} / {f} $ noise: الآثار المترتبة على المعلومات الكمية ذات الحالة الصلبة”. القس وزارة الدفاع. فيز. 86 ، 361-418 (2014).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.361

دليلنا يستخدم من قبل

الطابع الزمني:

اكثر من مجلة الكم