הפחתת שגיאות במכשיר פוטוני קוונטי לטווח קרוב

צומת המקור: 844782

דייקין סו1, רוברט ישראל1, קונאל שארמה2, האוי צ'י1, איש דנד1, וקמיל בראדלר1

1קסנדו, טורונטו, אונטריו, M5G 2C8, קנדה
2מכון הרן לפיזיקה תיאורטית והחוג לפיזיקה ואסטרונומיה, אוניברסיטת לואיזיאנה, באטון רוז ', לוס אנג'לס

מצא את העיתון הזה מעניין או רוצה לדון? סקייט או השאירו תגובה ב- SciRate.

תַקצִיר

אובדן פוטון הוא הרסני לביצועים של מכשירים פוטוניים קוונטיים ולכן דיכוי ההשפעות של אובדן פוטונים הוא בעל חשיבות עליונה לטכנולוגיות קוונטיות פוטוניות. אנו מציגים שתי תוכניות למתן את ההשפעות של אובדן פוטונים עבור מכשיר דגימת בוזון גאוס, בפרט לשיפור ההערכה של הסתברויות הדגימה. במקום להשתמש בקודי תיקון שגיאות שהם יקרים מבחינת תקורת משאבי החומרה שלהם, התוכניות שלנו דורשות רק כמות קטנה של שינויים בחומרה או אפילו ללא שינוי. טכניקות דיכוי האובדן שלנו מסתמכות על איסוף נתוני מדידה נוספים או על עיבוד לאחר קלאסי לאחר קבלת נתוני המדידה. אנו מראים כי בעלות מתונה של עיבוד פוסט קלאסי, ניתן לדכא באופן משמעותי את השפעות אובדן הפוטונים בכמות מסוימת של אובדן. התוכניות המוצעות מהוות אם כן גורם מרכזי ליישומים של מכשירים קוונטיים פוטוניים לטווח קרוב.

מכשיר הדגימה לבוסון גאוס (GBS) הוא אחד המכשירים הפוטוניים הקוונטיים המבטיחים ביותר. לאחרונה נעשה בו שימוש כדי להדגים את היתרון החישובי הקוונטי על פני מחשבים קלאסיים בבעיית דגימה ספציפית. מכשיר ה- GBS עשוי למצוא גם יישומים מעשיים, למשל לפתרון בעיות עגינה מולקולריות, בעתיד הקרוב. עם זאת, הביצועים של מכשיר GBS מושפלים באופן דרמטי על ידי אובדן פוטונים. באופן עקרוני ניתן לתקן את אובדן הפוטון באמצעות קודים לתיקון שגיאות קוונטיות, אך קודים אלה מציגים תקורה גדולה של משאבים. עבודה זו מציעה שתי תוכניות למתן את ההשפעה של אובדן פוטונים למכשיר ה- GBS לטווח הקרוב, עם שינוי חומרה קטן או אפילו ללא שינוי. המחיר שיש לשלם הוא ביצוע ניסויים מרובים ועיבוד פוסט קלאסי. עבודה זו מגלה כי ניתן לדכא משמעותית את השפעת אובדן הפוטונים באמצעות כמות מתונה של משאבים קלאסיים. לכן, התוכניות המוצעות להפחתת אובדן הן חיוניות ליישומים לטווח הקרוב של טכנולוגיות פוטוניות קוונטיות.

► נתוני BibTeX

► הפניות

[1] AG Fowler, M. Mariantoni, JM Martinis, ו- AN Cleland, קודי שטח: לקראת חישוב קוונטי מעשי בקנה מידה גדול, Phys. גב '86, 032324 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.86.032324

[2] ג'יי פרסקיל, מחשוב קוונטי בעידן ה- NISQ ואילך, Quantum 2, 79 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2018-08-06-79

[3] S. Boixo, SV Isakov, VN Smelyanskiy, R. Babbush, N. Ding, Z. Jiang, MJ Bremner, JM Martinis ו- H. Neven, המאפיין עליונות קוונטית במכשירים לטווח קרוב, Nature Physics 14, 595 (2018) .
https: / doi.org/â € ‹10.1038 / s41567-018-0124-x

[4] ס 'אהרונסון ול' צ'ן, יסודות תיאורטיות מורכבות של ניסויי עליונות קוונטית, arXiv: 1612.05903.
arXiv: 1612.05903v1

[5] F. Arute, et al., עליונות קוונטית באמצעות מעבד מוליך-על לתכנות, Nature 574, 505 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-019-1666-5

[6] MJ Bremner, R. Jozsa ו- DJ Shepherd, סימולציה קלאסית של חישובי קוונטים לנסיעה מרמזת על קריסת ההיררכיה הפולינומית, Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering 467, 459 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1098 / rspa.2010.0301

[7] MJ Bremner, A. Montanaro ו- DJ Shepherd, מורכבות מקרה ממוצע לעומת סימולציה משוערת של חישוב קוונטי ליסוע, Phys. הכומר לט. 117, 080501 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.117.080501

[8] MJ Bremner, A. Montanaro ו- DJ Shepherd, השגת עליונות קוונטית עם חישובי קוונטים דלילים ורועשים, קוואנטום 1, 8 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2017-04-25-8

[9] S. Aaronson, A. Arkhipov, המורכבות החישובית של אופטיקה ליניארית, ההליכים של סימפוזיון ACM השנתי הארבעים ושלוש בנושא תורת המחשוב, 333-342 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 1993636.1993682

[10] CS המילטון, R. Kruse, L. Sansoni, S. Barkhofen, C. Silberhorn, Christine, and I. Jex, Gaussian Boson Sampling, Phys. הכומר לט. 119, 170501 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.170501

[11] S. Rahimi-Keshari, AP Lund ו- TC Ralph, מה יכול לומר אופטיקה קוונטית על תורת המורכבות החישובית?, Phys. הכומר לט. 114, 060501 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.060501

[12] S. Rahimi-Keshari, TC Ralph ו- CM Caves, תנאים מספקים לסימולציה קלאסית יעילה של אופטיקה קוונטית, Phys. הכומר X 6, 021039 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.6.021039

[13] A. Peruzzo, J. McClean, P. Shadbolt, M. Yung, X. Zhou, PJ Love, A. Aspuru-Guzik ו- JL O'brien, פותר ערך עצמי משתנה על מעבד קוונטי פוטוני, Nature Communications 5, 4213 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms5213

[14] E. Farhi, J. Goldstone ו- S. Gutmann, אלגוריתם אופטימיזציה קוונטי משוער, arXiv: 1411.4028.
arXiv: 1411.4028

[15] E. Farhi ו- AW Harrow, עליונות קוונטית באמצעות אלגוריתם האופטימיזציה הקוונטי של הקוונטים, arXiv: 1602.07674.
arXiv: 1602.07674

[16] K. Temme, S. Bravyi ו- JM Gambetta, הפחתת שגיאות במעגלים קוונטיים קצרי עומק, Phys. הכומר לט. 119, 180509 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.180509

[17] Y. Li ו- SC Benjamin, סימולטור קוונטים יעיל וריאטיבי המשלב מזעור שגיאות פעיל, Phys. הכומר X 7, 021050 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.7.021050

[18] A. Kandala, K. Temme, AD Córcoles, A. Mezzacapo, JM Chow ו- JM Gambetta, הפחתת שגיאות מרחיבה את הטווח החישובי של מעבד קוונטי רועש, Nature 567, 491 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-019-1040-7

[19] S. Endo, SC Benjamin, ו- Y. Li, הפחתת שגיאות קוונטיות מעשיות ליישומים עתידיים קרובים, Phys. הכומר X 8, 031027 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.031027

[20] C. Song, J. Cui, H. Wang, J. Hao, H. Feng, H. and Li, Ying, חישוב קוונטי עם הפחתת שגיאות אוניברסלית על מעבד קוונטי מוליך-על, Science Advances 5, (2019).
https: / / doi.org/ 10.1126 / sciadv.aaw5686

[21] S. Zhang, Y. Lu, K. Zhang, W. Chen, Y. Li, J. Zhang ו- K. Kim, שערים קוונטיים ממתני שגיאות העולים על נאמנות פיזית במערכת יונים כלואה, Nature Communications 11, 1 ( 2020).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41467-020-14376-z

[22] X. Bonet-Monroig, R. Sagastizabal, M. Singh ו- TE O'Brien, הפחתת שגיאות בעלות נמוכה באמצעות אימות סימטריה, Phys. הכומר A 98, 062339 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.062339

[23] ר 'סגאסטיזבל, א' בונה-מונרוג, מ 'סינג, מ.א. רול, CC בולטינק, X. Fu, CH Price, סמנכ"ל אוסטרוך, N. Muthusubramanian, A. Bruno, M. Beekman, N. Haider, TE O'Brien ו- L. DiCarlo, הפחתת שגיאות ניסיוניות באמצעות אימות סימטריה בממוצע קוונטי וריאציוני, Phys. הכומר A 100, 010302 (R) (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.010302

[24] S. McArdle, X. Yuan ו- S. Benjamin, סימולציה קוונטית דיגיטלית עם שגיאות, Phys. הכומר לט. 122, 180501 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.122.180501

[25] X. Bonet-Monroig, R. Sagastizabal, M. Singh ו- TE O'Brien, הפחתת שגיאות בעלות נמוכה באמצעות אימות סימטריה, Phys. הכומר A 98, 062339 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.062339

[26] M. Cerezo, K. Sharma, A. Arrasmith, and PJ Coles, Variant state quantum eigensolver, arXiv: 2004.01372.
arXiv: 2004.01372

[27] JR McClean, J. Romero, R. Babbush ו- A. Aspuru-Guzik, The theory of variational algoritms quantum-קלאסיות שונות, New Journal of Physics 18, 023023 (2016).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​18/​2/​023023

[28] K. Sharma, S. Khatri, M. Cerezo ו- PJ Coles, חוסן רעש של קומפילציה קוונטית וריאציונית, New Journal of Physics 22, 043006 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / ab784c

[29] L. Cincio, K. Rudinger, M. Sarovar ו- PJ Coles, למידת מכונה של מעגלים קוונטיים עמידים לרעש, PRX Quantum 2, 010324 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.010324

[30] Y. Chen, M. Farahzad, S. Yoo ו- T. Wei, טומוגרפיה של גלאים במחשבים קוונטיים של IBM והפחתת מדידה לא מושלמת, Phys. הכומר A 100, 052315 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.052315

[31] MR Geller ו- M. Sun, תיקון יעיל של שגיאות מדידה במולטיביט, arXiv: 2001.09980.
arXiv: 2001.09980

[32] L. Funcke, T. Hartung, K. Jansen, S. Kühn, P. Stornati ו- X. Wang, הפחתת שגיאות מדידה במחשבים קוונטיים באמצעות תיקון סיביות סיביות קלאסיות, arXiv: 2007.03663.
arXiv: 2007.03663

[33] H. Kwon ו- J. Bae, גישה קוונטית קלאסית היברידית למיתון שגיאות מדידה באלגוריתמים קוונטיים, עסקאות IEEE במחשבים (2020).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TC.2020.3009664

[34] JR McClean, ME Kimchi-Schwartz, J. Carter ו- WA de Jong, היררכיה קוונטית-קלאסית היברידית להפחתת דקוהרנטיות וקביעת מצבים נרגשים, Phys. הכומר A 95, 042308 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.95.042308

[35] J. Sun, X. Yuan, T. Tsunoda, V. Vedral, SC Bejamin ו- S. Endo, מקלים על רעש מציאותי בהתקנים קוונטיים רעשניים בינוניים בקנה מידה מעשי, Phys. הכומר הוחל 15, 034026 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.15.034026

[36] A. Strikis, D. Qin, Y. Chen, BC Benjamin ו- Y. Li, הפחתת שגיאות קוונטיות מבוססות למידה, arXiv: 2005.07601.
arXiv: 2005.07601

[37] P. Czarnik, A. Arrasmith, PJ Coles ו- L. Cincio, הפחתת שגיאות עם נתוני מעגל קוונטי של קליפורד, arXiv: 2005.10189.
arXiv: 2005.10189

[38] A. Zlokapa ו- A. Gheorghiu, מודל למידה עמוקה לחיזוי רעש במכשירים קוונטיים לטווח קרוב, arXiv: 2005.10811.
arXiv: 2005.10811

[39] J. Arrazola ו- TR Bromley, באמצעות דגימת בוזון גאוסית למציאת תצלומים צפופים, Phys. הכומר לט. 121, 030503 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.121.030503

[40] K. Brádler, S. Friedland, J. Izaac, N. Killoran, and D. Su, גרף איזומורפיזם ודגימת בוזון גאוסית, Spec. מטריצות 9, 166 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1515 / spma-2020-0132

[41] M. Schuld, K. Brádler, R. Israel, D. Su ו- B. Gupt, מדידת הדמיון של גרפים עם מדגם בוזון גאוס, Phys. הכומר A 101, 032314 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.101.032314

[42] K. Brádler, R. Israel, M. Schuld, and D. Su, דואליות בלב דגימת בוזון גאוסית, arXiv: 1910.04022.
arXiv: 1910.04022v1

[43] C. Weedbrook, S. Pirandola, R. García-Patrón, NJ Cerf, TC Ralph, JH Shapiro ו- S. Lloyd, מידע קוונטי גאוסי, הכומר Mod. פיז. 84, 621 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.84.621

[44] ק 'בראדלר, פ' דאלר-דמרס, פ 'ריבנטרוסט, ד' סו, וג 'וידברוק, דגימת בוזון גאוסית להתאמה מושלמת של גרפים שרירותיים, Phys. הכומר A 98, 032310 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.032310

[45] H. Qi, DJ Brod, N. Quesada ו- R. García-Patrón, משטרי סימולציה קלאסית לדגימת בוזון רועשת מגאוס, Phys. הכומר לט. 124, 100502 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.124.100502

[46] WR Clements, PC Humphreys, BJ Metcalf, WS Kolthammer ו- IA Walsmley, עיצוב אופטימלי לאינטרפרמטרים אוניברסליים מרובים, אופטיקה 3, 1460 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1364 / OPTICA.3.001460

[47] M. Reck, A. Zeilinger, HJ Bernstein, ו- P. Bertani, מימוש ניסיוני של כל מפעיל אחדות בדידה, Phys. הכומר לט. 73, 58 (1994).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.73.58

[48] M. Jacques, A. Samani, E. El-Fiky, D. Patel, X. Zhenping, and DV Plant, אופטימיזציה של תכנון מחלף פאזה תרמו-אופטי והפחתת מחלף תרמי בפלטפורמת SOI, Opt. אקספרס 27, 10456 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1364 / OE.27.010456

[49] A. Serafini, משתנים רציפים קוונטיים: פריימר של שיטות תיאורטיות (CRC Press, 2017).

[50] J. Huh, GG Guerreschi, B. Peropadre, JR McClean ו- A. Aspuru-Guzik, דגימת בוזון לספקטרום ויברוני מולקולרי, Nature Photonics 9, 615 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphoton.2015.153

[51] S. Rahimi-Keshari, MA Broome, R. Fickler, A. Fedrizzi, TC Ralph ו- AG White, אפיון ישיר של רשתות לינאריות-אופטיות, Opt. אקספרס 21, 13450 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1364 / OE.21.013450

[52] V. Giovannetti, AS Holevo ו- R. García-Patrón, פיתרון של השערת אופטימיזציה גאוסית עבור ערוצים קוונטיים, קומון. מתמטיקה. פיז. 334, 1553 (2015).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-014-2150-6

[53] R. García-Patrón, J. Renema ו- V. Shchesnovich, הדמיית דגימת בוזון בארכיטקטורות אבידות, קוונטום 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, מחקר מפורט של דגימת בוזון גאוסית, Phys. הכומר A 100, 032326 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.032326

מצוטט על ידי

[1] M. Cerezo, Andrew Arrasmith, Ryan Babbush, Simon C. Benjamin, Suguru Endo, Keisuke Fujii, Jarrod R. McClean, Kosuke Mitarai, Xiao Yuan, Lukasz Cincio, and Patrick J. Coles, "Variation Quantum Quantum Algorithms", arXiv: 2012.09265.

[2] טיילר וולקוף, זואה הולמס ואנדרו סורנבורגר, "הידור אוניברסלי ומשפטים (ללא) לארוחת צהריים ללמידה קוונטית מתמשכת משתנה", arXiv: 2105.01049.

[3] שרייה פ 'קומאר, לאונהרד נויהאוס, לוקאס ג' הלט, האוי קי, בלייר מוריסון, דילן ה 'מאהלר ואיש דהנד, "מקלים על פגמים באופטיקה לינארית באמצעות הקצאת נמל וקומפילציה", arXiv: 2103.03183.

[4] סעד יאלוז, ברונו סנג'אן, פיליפו מיאטו וודרן דוניקו, "קידוד תפקודי גל רבים של בוזון בקורלציה חזקה במחשב קוונטי פוטוני: יישום למודל Bose-Hubbard האטרקטיבי", arXiv: 2103.15021.

הציטוטים לעיל הם מ- מודעות SAO / NASA (עודכן לאחרונה בהצלחה 2021-05-07 23:43:35). הרשימה עשויה להיות שלמה מכיוון שלא כל בעלי האתרים מספקים נתוני ציטוט ראויים ומלאים.

On השירות המוזכר של קרוסרף לא נמצאו נתונים על ציטוט עבודות (ניסיון אחרון 2021-05-07 23:43:33)

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

בול זמן:

עוד מ יומן קוונטים