Esplorazione della risorsa di entanglement nei sistemi di punti quantici di Si con un approccio di quasiprobabilità operativa

Timestamp: 6 ottobre 2022 8:35
Nodo di origine: 1719787

Junghee Ryu ed Hoon Ryu

Division of National Supercomputing, Korea Institute of Science and Technology Information, Daejeon 34141, Repubblica di Corea

Trovi questo documento interessante o vuoi discuterne? Scrivi o lascia un commento su SciRate.

Astratto

Caratterizziamo l'entanglement quantistico dei segnali realistici a due qubit che sono sensibili ai rumori di carica. Il nostro esempio di lavoro è la risposta temporale generata da una piattaforma DQD (Double Quantum Dot) in silicio, in cui una rotazione di un singolo qubit e un'operazione NOT controllata da due qubit vengono condotte in sequenza nel tempo per generare stati entangled arbitrari. Per caratterizzare l'entanglement di stati a due qubit, utilizziamo l'approccio della quasiprobabilità operativa marginale (OQ) che consente valori negativi della funzione di probabilità se un dato stato è entangled. Mentre il rumore di carica, che è onnipresente nei dispositivi a semiconduttore, influisce gravemente sulle operazioni logiche implementate nella piattaforma DQD, causando un enorme degrado nella fedeltà delle operazioni unitarie e conseguenti stati a due qubit, il modello nella forza dell'entanglement guidato da OQ risulta essere abbastanza invariante, indicando che la risorsa dell'entanglement quantistico non è significativamente interrotta sebbene il sistema fisico sia esposto a fluttuazioni guidate dal rumore nell'interazione di scambio tra punti quantici.

Riepilogo popolare

Caratterizziamo l'entanglement di due stati di bit quantici (qubit) generati in una piattaforma a doppio punto quantico (DQD) di silicio (Si) di dimensioni realistiche. Per gli stati arbitrari di due qubit prodotti attraverso la conduzione di una singola rotazione di qubit seguita da un'operazione X controllata, utilizziamo la funzione di quasiprobabilità operativa marginale (OQ) per quantificare direttamente la loro risorsa di entanglement. Qui mostriamo che la funzione OQ marginale, che può essere costruita solo con operatori misurabili direttamente, può servire come un solido indicatore di entanglement quantistico anche se un dato stato è troppo contaminato da rumori di carica, poiché caratterizza la forza di entanglement con ragionevole accuratezza e costi di calcolo inferiori rispetto al noto metodo di negatività che prevede il processo di tomografia a stato completo. Indaghiamo anche su come gli stati a due qubit in un sistema Si DQD sono influenzati dai rumori di carica che sono onnipresenti nei dispositivi a semiconduttore. Mentre vediamo che il rumore determina un enorme degrado nella fedeltà, il suo effetto sulla risorsa di entanglement risulta essere molto più debole, quindi più del 70% della risorsa può essere trattenuta per stati di Bell con il massimo entanglement anche in una condizione fortemente rumorosa in cui la fedeltà dello stato diminuisce a circa il 20%.

► dati BibTeX

► Riferimenti

, Ryszard Horodecki, Paweł Horodecki, Michał Horodecki e Karol Horodecki. "Entanglement quantistico". Rev.mod. Fis. 81, 865–942 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.81.865

, Nicolas Brunner, Daniel Cavalcanti, Stefano Pironio, Valerio Scarani, and Stephanie Wehner. “Bell nonlocalità”. Rev.mod. Fis. 86, 419–478 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.419

, Charles H. Bennett, Gilles Brassard, Claude Crépeau, Richard Jozsa, Asher Peres e William K. Wootters. "Teletrasporto di uno stato quantico sconosciuto attraverso i doppi canali classico ed einstein-podolsky-rosen". Fis. Rev. Lett. 70, 1895–1899 (1993).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.70.1895

, PWShor. “Algoritmi per il calcolo quantistico: logaritmi discreti e fattorizzazione”. In atti 35° simposio annuale sui fondamenti dell'informatica. Pagine 124–134. (1994).
https: / / doi.org/ 10.1109 / SFCS.1994.365700

, Changhyoup Lee, Benjamin Lawrie, Raphael Pooser, Kwang-Geol Lee, Carsten Rockstuhl e Mark Tame. "Sensori plasmonici quantistici". Recensioni chimiche 121, 4743–4804 (2021).
https://​/​doi.org/​10.1021/​acs.chemrev.0c01028

, Frank Arute, Kunal Arya e Ryan Babbush ${et}$ ${al}$. "Supremazia quantistica utilizzando un processore superconduttore programmabile". Natura 574, 505–510 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-019-1666-5

, Gary J. Mooney, Charles D. Hill e Lloyd CL Hollenberg. "Entanglement in un computer quantistico superconduttore da 20 qubit". Rapporti scientifici 9, 13465 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41598-019-49805-7

, I. Pogorelov, T. Feldker, cap. 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 e T.Monz. "Dimostratore di calcolo quantistico compatto con trappola ionica". PRX Quantum 2, 020343 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.020343

, S. Debnath, NM Linke, C. Figgatt, KA Landsman, K. Wright e C. Monroe. “Dimostrazione di un piccolo computer quantistico programmabile con qubit atomici”. Natura 536, 63–66 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature18648

, 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 e J. Kim. "Benchmarking di un computer quantistico a 11 qubit". Natura Comunicazioni 10, 5464 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-019-13534-2

, TF Watson, SGJ Philips, E. Kawakami, DR Ward, P. Scarlino, M. Veldhorst, DE Savage, MG Lagally, Mark Friesen, SN Coppersmith, MA Eriksson e LMK Vandersypen. "Un processore quantistico programmabile a due qubit in silicio". Natura 555, 633–637 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature25766

, M. Steger, K. Saeedi, MLW Thewalt, JJL Morton, H. Riemann, NV Abrosimov, P. Becker e H.-J. Pohl. "Archiviazione di informazioni quantistiche per oltre 180 s utilizzando rotazioni di donatori in un "vuoto a semiconduttore" ${}^{28}$SI". Scienza 336, 1280–1283 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1217635

, 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 e SA Lyon. "Coerenza di spin dell'elettrone che supera i secondi nel silicio ad alta purezza". Natura Materiali 11, 143-147 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nmat3182

, M. Veldhorst, JCC Hwang, CH Yang, AW Leenstra, B. de Ronde, JP Dehollain, JT Muhonen, FE Hudson, KM Itoh, A. Morello e AS Dzurak. "Un qubit a punti quantici indirizzabile con fedeltà di controllo tollerante ai guasti". Natura Nanotecnologia 9, 981–985 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nnano.2014.216

, M. Veldhorst, CH Yang, JCC Hwang, W. Huang, JP Dehollain, JT Muhonen, S. Simmons, A. Laucht, FE Hudson, KM Itoh, A. Morello e AS Dzurak. "Una porta logica a due qubit in silicio". Natura 526, 410–414 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature15263

, DM Zajac, AJ Sigillito, M. Russ, F. Borjans, JM Taylor, G. Burkard e JR Petta. "Cnot gate a guida risonante per spin di elettroni". Scienza 359, 439–442 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.aao5965

, Otfried Gühne e Géza Tóth. "Rilevamento di entanglement". Rapporti di fisica 474, 1–75 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physrep.2009.02.004

, E. Wigner. "Sulla correzione quantistica per l'equilibrio termodinamico". Fis. Rev. 40, 749–759 (1932).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.40.749

, K. Husimi. “Alcune proprietà formali della matrice densità”. Atti della Società Fisico-Matematica del Giappone. 3a serie 22, 264–314 (1940).
https: / / doi.org/ 10.11429 / ppmsj1919.22.4_264

, Roy J. Glauber. "Stati coerenti e incoerenti del campo di radiazione". Fis. Rev. 131, 2766–2788 (1963).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.131.2766

, ECG Sudarshan. "Equivalenza di descrizioni semiclassiche e quantomeccaniche di fasci di luce statistici". Fis. Rev. Lett. 10, 277–279 (1963).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.10.277

, KE Cahill e RJ Glauber. “Operatori di densità e distribuzioni di quasiprobabilità”. Fis. Rev. 177, 1882–1902 (1969).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.177.1882

, Cristoforo Ferrie. "Rappresentazioni quasi probabilistiche della teoria quantistica con applicazioni alla scienza dell'informazione quantistica". Rapporti sui progressi in fisica 74, 116001 (2011).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0034-4885/​74/​11/​116001

, Jiyong Park, Junhua Zhang, Jaehak Lee, Se-Wan Ji, Mark Um, Dingshun Lv, Kihwan Kim e Hyunchul Nha. "Test di nonclassicità e non gaussianità nello spazio delle fasi". Fis. Rev. Lett. 114, 190402 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.190402

, J. Sperling e IA Walmsley. "Rappresentazione quasiprobabile della coerenza quantistica". Fis. Rev. A 97, 062327 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.062327

, J Sperling e W Vogel. "Distribuzioni di quasiprobabilità per la coerenza ottica quantistica e oltre". Physica Scripta 95, 034007 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1402-4896 / ab5501

, Martin Bohmann, Elizabeth Agudelo e Jan Sperling. "Sondare la nonclassicità con matrici di distribuzioni nello spazio delle fasi". Quantum 4, 343 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-10-15-343

, Jiyong Park, Jaehak Lee, Kyunghyun Baek e Hyunchul Nha. "Quantificare la non gaussianità di uno stato quantistico mediante l'entropia negativa delle distribuzioni di quadratura". Fis. Rev. A 104, 032415 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.104.032415

, Junghee Ryu, James Lim, Sunghyuk Hong e Jinhyoung Lee. “Quasiprobabilità operative per i qudits”. Fis. Rev. A 88, 052123 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.88.052123

, Jeongwoo Jae, Junghee Ryu e Jinhyoung Lee. “Quasiprobabilità operative per variabili continue”. Fis. Rev. A 96, 042121 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.96.042121

, Junghee Ryu, Sunghyuk Hong, Joong-Sung Lee, Kang Hee Seol, Jeongwoo Jae, James Lim, Jiwon Lee, Kwang-Geol Lee e Jinhyoung Lee. "Esperimento ottico per testare la probabilità negativa nel contesto della selezione della misurazione quantistica". Rapporti scientifici 9, 19021 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41598-019-53121-5

, Ji-Hoon Kang, Junghee Ryu e Hoon Ryu. "Esplorare i comportamenti dei sistemi di punti quantici si guidati da elettrodi: dal controllo della carica alle operazioni qubit". Nanoscala 13, 332–339 (2021).
https://​/​doi.org/​10.1039/​D0NR05070A

, Hoon Ryu e Ji Hoon Kang. "Instabilità devitalizzante causata dal rumore della logica entangling nei dispositivi al silicio con controlli di polarizzazione". Rapporti scientifici 12, 15200 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41598-022-19404-0

, Jing Wang, A. Rahman, A. Ghosh, G. Klimeck e M. Lundstrom. "Sulla validità dell'approssimazione della massa effettiva parabolica per il calcolo ${I}$-${V}$ dei transistor a nanofili di silicio". Transazioni IEEE su dispositivi elettronici 52, 1589–1595 (2005).
https://​/​doi.org/​10.1109/​TED.2005.850945

, R. Neumann e LR Schreiber. "Simulazione della dinamica del campo vagante di micro-magneti per la manipolazione di spin qubit". Rivista di fisica applicata 117, 193903 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.4921291 mila

, Maximilian Russ, DM Zajac, AJ Sigillito, F. Borjans, JM Taylor, JR Petta e Guido Burkard. "Porte quantistiche ad alta fedeltà in punti quantici doppi si/sige". Fis. Rev. B 97, 085421 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.97.085421

, E. Paladino, YM Galperin, G. Falci e BL Altshuler. "Rumore ${1}/​{f}$: implicazioni per informazioni quantistiche a stato solido". Rev.mod. Fis. 86, 361–418 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.361

Citato da

Questo documento è pubblicato in Quantum sotto il Creative Commons Attribuzione 4.0 Internazionale (CC BY 4.0) licenza. Il copyright rimane dei detentori del copyright originali come gli autori o le loro istituzioni.

Timestamp:

Di più da Diario quantistico