Εξερεύνηση πόρων εμπλοκής σε συστήματα Si Quantum Dot με προσέγγιση λειτουργικής οιονεί πιθανότητας

Αναδημοσίευση από τον Πλάτωνα

Ακολουθούν: 0

Division of National Supercomputing, Korea Institute of Science and Technology Information, Daejeon 34141, Republic of Korea

Βρείτε αυτό το άρθρο ενδιαφέρουσα ή θέλετε να συζητήσετε; Scite ή αφήστε ένα σχόλιο για το SciRate.

Περίληψη

Χαρακτηρίζουμε την κβαντική εμπλοκή των ρεαλιστικών σημάτων δύο qubit που είναι ευαίσθητα στους θορύβους φόρτισης. Το παράδειγμα εργασίας μας είναι η χρονική απόκριση που δημιουργείται από μια πλατφόρμα διπλής κβαντικής κουκκίδας πυριτίου (DQD), όπου μια περιστροφή ενός qubit και μια λειτουργία ελεγχόμενης-NOT δύο qubit διεξάγονται διαδοχικά στο χρόνο για να δημιουργηθούν αυθαίρετες εμπλοκές καταστάσεις. Προκειμένου να χαρακτηριστεί η εμπλοκή καταστάσεων δύο qubit, χρησιμοποιούμε την προσέγγιση οριακής λειτουργικής οιονεί πιθανότητας (OQ) που επιτρέπει αρνητικές τιμές της συνάρτησης πιθανότητας εάν μια δεδομένη κατάσταση είναι μπερδεμένη. Ενώ ο θόρυβος φόρτισης, που είναι πανταχού παρών στις συσκευές ημιαγωγών, επηρεάζει σοβαρά τις λογικές λειτουργίες που εφαρμόζονται στην πλατφόρμα DQD, προκαλώντας τεράστια υποβάθμιση στην πιστότητα των μοναδιαίων λειτουργιών καθώς και προκύπτουσες καταστάσεις δύο qubit, αποδεικνύεται το μοτίβο στην ισχύ εμπλοκής που βασίζεται στο OQ να είναι αρκετά αμετάβλητο, υποδεικνύοντας ότι ο πόρος της κβαντικής εμπλοκής δεν έχει σπάσει σημαντικά αν και το φυσικό σύστημα εκτίθεται σε διακυμάνσεις που οφείλονται στον θόρυβο στην αλληλεπίδραση ανταλλαγής μεταξύ κβαντικών κουκκίδων.

Δημοφιλή περίληψη

Χαρακτηρίζουμε την εμπλοκή δύο καταστάσεων κβαντικών bit (qubits) που δημιουργούνται σε μια πλατφόρμα διπλής κβαντικής κουκκίδας (DQD) ρεαλιστικού μεγέθους πυριτίου (Si). Για αυθαίρετες καταστάσεις δύο qubit που παράγονται μέσω της αγωγής μιας περιστροφής μεμονωμένου qubit που ακολουθείται από μια λειτουργία ελεγχόμενου-X, χρησιμοποιούμε τη συνάρτηση οριακής λειτουργικής οιονεί πιθανότητας (OQ) για να ποσοτικοποιήσουμε άμεσα τον πόρο εμπλοκής τους. Εδώ δείχνουμε ότι η οριακή συνάρτηση OQ, η οποία μπορεί να κατασκευαστεί αποκλειστικά με άμεσα μετρήσιμους τελεστές, μπορεί να χρησιμεύσει ως σταθερός δείκτης κβαντικής εμπλοκής, παρόλο που μια δεδομένη κατάσταση είναι πολύ μολυσμένη με θορύβους φόρτισης, καθώς χαρακτηρίζει την αντοχή εμπλοκής με λογική ακρίβεια και χαμηλότερο υπολογιστικό κόστος σε σύγκριση με τη γνωστή μέθοδο αρνητικότητας που περιλαμβάνει τη διαδικασία τομογραφίας πλήρους κατάστασης. Διερευνούμε επίσης πώς οι καταστάσεις δύο qubit σε ένα σύστημα Si DQD επηρεάζονται από τους θορύβους φόρτισης που είναι πανταχού παρόντες σε συσκευές ημιαγωγών. Ενώ βλέπουμε ότι ο θόρυβος προκαλεί τεράστια υποβάθμιση στην πιστότητα, η επίδρασή του στον πόρο εμπλοκής αποδεικνύεται πολύ πιο αδύναμη, επομένως περισσότερο από το 70% του πόρου μπορεί να διατηρηθεί για τις μέγιστα μπερδεμένες καταστάσεις Bell ακόμη και σε συνθήκες έντονα θορυβώδεις όπου η πιστότητα κατάστασης πέφτει σε περίπου 20%.

► Δεδομένα BibTeX

@article{Ryu2022exploring, doi = {10.22331/q-2022-10-06-827}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2022-10-06-827}, τίτλος = {Εξερεύνηση πόρων εμπλοκής σε συστήματα {S}i κβαντικής κουκκίδας με προσέγγιση λειτουργικής σχεδόν πιθανότητας}, συγγραφέας = {Ryu, Junghee and Ryu, Hoon}, journal = {{Quantum}}, issn = {2521-327X}, εκδότης = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, όγκος = {6}, σελίδες = {827}, μήνας = Οκτώβριος, έτος = {2022} }

► Αναφορές

[1] Ryszard Horodecki, Paweł Horodecki, Michał Horodecki και Karol Horodecki. «Κβαντική εμπλοκή». Rev. Mod. Phys. 81, 865–942 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.81.865

[2] Nicolas Brunner, Daniel Cavalcanti, Stefano Pironio, Valerio Scarani και Stephanie Wehner. "Μη τοπικότητα καμπάνας". Rev. Mod. Phys. 86, 419–478 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.419

[3] Charles H. Bennett, Gilles Brassard, Claude Crépeau, Richard Jozsa, Asher Peres και William K. Wootters. «Τηλεμεταφορά μιας άγνωστης κβαντικής κατάστασης μέσω διπλών κλασικών καναλιών και καναλιών einstein-podolsky-rosen». Phys. Αναθ. Lett. 70, 1895–1899 (1993).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.70.1895

[4] PW Shor. «Αλγόριθμοι για κβαντικούς υπολογισμούς: διακριτοί λογάριθμοι και παραγοντοποίηση». In Proceedings 35th Annual Symposium on Foundations of Computer Science. Σελίδες 124–134. (1994).
https: / / doi.org/ 10.1109 / SFCS.1994.365700

[5] Changhyoup Lee, Benjamin Lawrie, Raphael Pooser, Kwang-Geol Lee, Carsten Rockstuhl και Mark Tame. «Κβαντικοί πλασμονικοί αισθητήρες». Chemical Reviews 121, 4743–4804 (2021).
https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.0c01028

[6] Frank Arute, Kunal Arya και Ryan Babbush ${et}$ ${al}$. «Κβαντική υπεροχή χρησιμοποιώντας προγραμματιζόμενο υπεραγώγιμο επεξεργαστή». Nature 574, 505–510 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41586-019-1666-5

[7] Gary J. Mooney, Charles D. Hill και Lloyd CL Hollenberg. «Διαπλοκή σε έναν υπεραγώγιμο κβαντικό υπολογιστή 20 qubit». Επιστημονικές Εκθέσεις 9, 13465 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41598-019-49805-7

[8] I. Pogorelov, T. Feldker, Ch. D. Marciniak, L. Postler, G. Jacob, O. Krieglsteiner, V. Podlesnic, M. Meth, V. Negnevitsky, M. Stadler, B. Höfer, C. Wächter, K. Lakhmanskiy, R. Blatt, P. Schindler και T. Monz. "Συμπαγής κβαντικός υπολογιστής επίδειξης παγίδας ιόντων". PRX Quantum 2, 020343 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.020343

[9] S. Debnath, NM Linke, C. Figgatt, KA Landsman, K. Wright και C. Monroe. «Επίδειξη ενός μικρού προγραμματιζόμενου κβαντικού υπολογιστή με ατομικά qubits». Nature 536, 63–66 (2016).
https: / / 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. Allen, J. Apisdorf, P. Solomon, M. Williams, AM Ducore, A. Blinov, SM Kreikemeier, V. Chaplin, M. Keesan, C. Monroe και J. Kim. "Συγκριτική αξιολόγηση ενός κβαντικού υπολογιστή 11-qubit". Nature Communications 10, 5464 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41467-019-13534-2

[11] TF Watson, SGJ Philips, E. Kawakami, DR Ward, P. Scarlino, M. Veldhorst, DE Savage, MG Lagally, Mark Friesen, SN Coppersmith, MA Eriksson και LMK Vandersypen. «Ένας προγραμματιζόμενος κβαντικός επεξεργαστής δύο qubit σε πυρίτιο». Nature 555, 633–637 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature25766

[12] M. Steger, K. Saeedi, MLW Thewalt, JJL Morton, H. Riemann, NV Abrosimov, P. Becker, and H.-J. Pohl. "Κβαντική αποθήκευση πληροφοριών για περισσότερα από 180 δευτερόλεπτα χρησιμοποιώντας περιστροφές δότη σε "κενό ημιαγωγών" ${}^{28}$SI". Science 336, 1280–1283 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1217635

[13] Alexei M. Tyryshkin, Shinichi Tojo, John JL Morton, Helge Riemann, Nikolai V. Abrosimov, Peter Becker, Hans-Joachim Pohl, Thomas Schenkel, Michael LW Thewalt, Kohei M. Itoh και SA Lyon. «Συνοχή περιστροφής ηλεκτρονίων που υπερβαίνει τα δευτερόλεπτα σε πυρίτιο υψηλής καθαρότητας». Nature Materials 11, 143–147 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nmat3182

[14] M. Veldhorst, JCC Hwang, CH Yang, AW Leenstra, B. de Ronde, JP Dehollain, JT Muhonen, FE Hudson, KM Itoh, A. Morello και AS Dzurak. "Ένα διευθυνσιοδοτούμενο quantum dot qubit με ανεκτικό σε σφάλματα έλεγχο-πιστότητα". Nature Nanotechnology 9, 981–985 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nnano.2014.216

[15] M. Veldhorst, CH Yang, JCC Hwang, W. Huang, JP Dehollain, JT Muhonen, S. Simmons, A. Laucht, FE Hudson, KM Itoh, A. Morello και AS Dzurak. «Μια λογική πύλη δύο qubit σε πυρίτιο». Nature 526, 410–414 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature15263

[16] DM Zajac, AJ Sigillito, M. Russ, F. Borjans, JM Taylor, G. Burkard και JR Petta. "Συντονικά οδηγούμενη πύλη cnot για σπιν ηλεκτρονίων". Science 359, 439–442 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.aao5965

[17] Otfried Gühne και Géza Tóth. «Ανίχνευση εμπλοκής». Physics Reports 474, 1–75 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physrep.2009.02.004

[18] Ε. Wigner. «Σχετικά με την κβαντική διόρθωση για θερμοδυναμική ισορροπία». Phys. Rev. 40, 749–759 (1932).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.40.749

[19] Κ. Χουσίμη. «Μερικές τυπικές ιδιότητες του πίνακα πυκνότητας». Πρακτικά της Φυσικομαθηματικής Εταιρείας της Ιαπωνίας. 3rd Series 22, 264–314 (1940).
https: / / doi.org/ 10.11429 / ppmsj1919.22.4_264

[20] Roy J. Glauber. «Συνεκτικές και ασυνάρτητες καταστάσεις του πεδίου ακτινοβολίας». Phys. Rev. 131, 2766–2788 (1963).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.131.2766

[21] ΗΚΓ Sudarshan. «Ισοδυναμία ημικλασικών και κβαντομηχανικών περιγραφών στατιστικών δέσμων φωτός». Phys. Αναθ. Lett. 10, 277-279 (1963).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.10.277

[22] KE Cahill και RJ Glauber. «Τελεστές πυκνότητας και κατανομές σχεδόν πιθανοτήτων». Phys. Rev. 177, 1882–1902 (1969).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.177.1882

[23] Κρίστοφερ Φέρι. «Οιονεί αναπαραστάσεις πιθανοτήτων της κβαντικής θεωρίας με εφαρμογές στην επιστήμη της κβαντικής πληροφορίας». Reports on Progress in Physics 74, 116001 (2011).
https://doi.org/10.1088/0034-4885/74/11/116001

[24] Jiyong Park, Junhua Zhang, Jaehak Lee, Se-Wan Ji, Mark Um, Dingshun Lv, Kihwan Kim και Hyunchul Nha. «Δοκιμή μη κλασικότητας και μη γκαουσιανότητας σε χώρο φάσης». Phys. Αναθ. Lett. 114, 190402 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.190402

[25] J. Sperling και IA Walmsley. «Αναπαράσταση σχεδόν πιθανοτήτων της κβαντικής συνοχής». Phys. Α' 97, 062327 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.062327

[26] J Sperling και W Vogel. «Κατανομές οιονεί πιθανοτήτων για κβαντική-οπτική συνοχή και πέρα από αυτό». Physica Scripta 95, 034007 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1402-4896 / ab5501

[27] Martin Bohmann, Elizabeth Agudelo και Jan Sperling. «Διερεύνηση μη κλασικότητας με πίνακες κατανομών φάσης-χώρου». Quantum 4, 343 (2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-10-15-343

[28] Jiyong Park, Jaehak Lee, Kyunghyun Baek και Hyunchul Nha. «Ποσοτικοποίηση της μη γκαουσιανότητας μιας κβαντικής κατάστασης με την αρνητική εντροπία των τετραγωνικών κατανομών». Phys. Αναθ. Α 104, 032415 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.104.032415

[29] Junghee Ryu, James Lim, Sunghyuk Hong και Jinhyoung Lee. «Λειτουργικές σχεδόν πιθανότητες για qudits». Phys. Αναθ. Α 88, 052123 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.88.052123

[30] Jeongwoo Jae, Junghee Ryu και Jinhyoung Lee. «Λειτουργικές οιονεί πιθανότητες για συνεχείς μεταβλητές». Phys. Απ. Α 96, 042121 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.96.042121

[31] Junghee Ryu, Sunghyuk Hong, Joong-Sung Lee, Kang Hee Seol, Jeongwoo Jae, James Lim, Jiwon Lee, Kwang-Geol Lee και Jinhyoung Lee. «Οπτικό πείραμα για τον έλεγχο αρνητικής πιθανότητας στο πλαίσιο της επιλογής κβαντικών μετρήσεων». Επιστημονικές Εκθέσεις 9, 19021 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41598-019-53121-5

[32] Ji-Hoon Kang, Junghee Ryu και Hoon Ryu. «Εξερευνώντας τις συμπεριφορές των συστημάτων si quantum dot που οδηγούνται από ηλεκτρόδια: από τον έλεγχο φόρτισης έως τις λειτουργίες qubit». Nanoscale 13, 332–339 (2021).
https://doi.org/10.1039/D0NR05070A

[33] Hoon Ryu και Ji-Hoon Kang. «Αποβιώνει την αστάθεια της λογικής εμπλοκής λόγω θορύβου σε συσκευές πυριτίου με χειριστήρια μεροληψίας». Scientific Reports 12, 15200 (2022).
https://doi.org/10.1038/s41598-022-19404-0

[34] Jing Wang, A. Rahman, A. Ghosh, G. Klimeck και M. Lundstrom. «Σχετικά με την εγκυρότητα της παραβολικής προσέγγισης ενεργού μάζας για τον υπολογισμό ${I}$-${V}$ των τρανζίστορ νανοσύρματος πυριτίου». IEEE Transactions on Electron Devices 52, 1589–1595 (2005).
https://doi.org/10.1109/TED.2005.850945

[35] R. Neumann και LR Schreiber. "Προομοίωση δυναμικής αδέσποτων πεδίων μικρο-μαγνητών για χειρισμό spin qubit". Journal of Applied Physics 117, 193903 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.4921291

[36] Maximilian Russ, DM Zajac, AJ Sigillito, F. Borjans, JM Taylor, JR Petta και Guido Burkard. "Κβαντικές πύλες υψηλής πιστότητας σε διπλές κβαντικές κουκκίδες si/sige". Phys. Απ. Β 97, 085421 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.97.085421

[37] Ε. Paladino, YM Galperin, G. Falci, and BL Altshuler. "${1}/{f}$ θόρυβος: Συνέπειες για κβαντικές πληροφορίες στερεάς κατάστασης". Rev. Mod. Phys. 86, 361–418 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.361

Αναφέρεται από

Αυτό το Βιβλίο δημοσιεύεται στο Quantum στο πλαίσιο του Creative Commons Attribution 4.0 Διεθνής (CC BY 4.0) άδεια. Τα πνευματικά δικαιώματα παραμένουν στους κατόχους των πρωτότυπων δικαιωμάτων πνευματικής ιδιοκτησίας όπως οι δημιουργοί ή τα ιδρύματά τους

Σφραγίδα ώρας: Οκτώβριος 6, 2022Οκτώβριος 8, 2022