Onderzoek naar verstrengelingsbronnen in Si Quantum Dot-systemen met een operationele quasiprobability-benadering

Heruitgegeven door Plato

volgers: 0

Afdeling Nationale Supercomputing, Korea Institute of Science and Technology Information, Daejeon 34141, Republiek Korea

Vind je dit artikel interessant of wil je het bespreken? Scite of laat een reactie achter op SciRate.

Abstract

We karakteriseren de kwantumverstrengeling van de realistische signalen van twee qubits die gevoelig zijn voor ladingsgeluiden. Ons werkvoorbeeld is de tijdrespons die wordt gegenereerd door een silicium double quantum dot (DQD)-platform, waarbij een rotatie van één qubit en een gecontroleerde NIET-bewerking van twee qubit opeenvolgend in de tijd worden uitgevoerd om willekeurig verstrengelde toestanden te genereren. Om de verstrengeling van twee-qubit-toestanden te karakteriseren, gebruiken we de marginale operationele quasiprobability (OQ)-benadering die negatieve waarden van de waarschijnlijkheidsfunctie mogelijk maakt als een bepaalde toestand verstrengeld is. Hoewel de ladingsruis, die alomtegenwoordig is in halfgeleiderapparaten, ernstige gevolgen heeft voor de logische bewerkingen die in het DQD-platform zijn geïmplementeerd, wat een enorme verslechtering van de betrouwbaarheid van eenheidsbewerkingen veroorzaakt, evenals de daaruit voortvloeiende twee-qubit-toestanden, blijkt het patroon in de door OQ aangestuurde verstrengelingssterkte vrij onveranderlijk te zijn, wat aangeeft dat de bron van kwantumverstrengeling niet significant wordt verbroken, ook al wordt het fysieke systeem blootgesteld aan door ruis veroorzaakte fluctuaties in de uitwisselingsinteractie tussen kwantumdots.

Populaire samenvatting

We karakteriseren de verstrengeling van twee kwantumbits (qubits)-toestanden die worden gegenereerd in een silicium (Si) dubbele kwantumdot (DQD)-platform van realistische grootte. Voor willekeurige twee-qubit-toestanden die worden geproduceerd door de geleiding van een enkele qubit-rotatie gevolgd door een gecontroleerde X-bewerking, gebruiken we de marginale operationele quasiprobability (OQ) -functie om hun verstrengelingsbron direct te kwantificeren. Hier laten we zien dat de marginale OQ-functie, die uitsluitend kan worden geconstrueerd met direct meetbare operatoren, kan dienen als een solide indicator voor kwantumverstrengeling, ook al is een bepaalde toestand te veel vervuild met ladingsgeluiden, omdat deze de verstrengelingssterkte met redelijke nauwkeurigheid karakteriseert. en lagere computerkosten vergeleken met de bekende negativiteitsmethode waarbij het volledige tomografieproces betrokken is. We onderzoeken ook hoe twee-qubit-toestanden in een Si DQD-systeem worden beïnvloed door ladingsgeluiden die alomtegenwoordig zijn in halfgeleiderapparaten. Hoewel we zien dat de ruis een enorme verslechtering van de betrouwbaarheid veroorzaakt, blijkt het effect ervan op de verstrengelingshulpbron veel zwakker te zijn, zodat meer dan 70% van de hulpbron kan worden vastgehouden voor maximaal verstrengelde Bell-toestanden, zelfs in een toestand met sterke ruis waarin de staatsgetrouwheid afneemt tot ongeveer 20%.

► BibTeX-gegevens

@article{Ryu2022verkennen, doi = {10.22331/q-2022-10-06-827}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2022-10-06-827}, title = {Onderzoek naar verstrengelingsbronnen in {S}i quantum dot-systemen met operationele quasi-waarschijnlijkheidsbenadering}, auteur = {Ryu, Junghee en Ryu, Hoon}, dagboek = {{Quantum}}, issn = {2521-327X}, uitgever = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in de Quantenwissenschaften}}, volume = {6}, pagina's = {827}, maand = oktober, jaar = {2022} }

► Referenties

[1] Ryszard Horodecki, Paweł Horodecki, Michał Horodecki en Karol Horodecki. "Kwantumverstrengeling". Ds. Mod. Fysiek. 81, 865-942 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.81.865

[2] Nicolas Brunner, Daniel Cavalcanti, Stefano Pironio, Valerio Scarani en Stephanie Wehner. "Bell non-lokaliteit". Ds. Mod. Fysiek. 86, 419-478 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.419

[3] Charles H. Bennett, Gilles Brassard, Claude Crépeau, Richard Jozsa, Asher Peres en William K. Wootters. "Het teleporteren van een onbekende kwantumtoestand via dubbele klassieke en Einstein-Podolsky-Rosen-kanalen". Fys. Ds. Lett. 70, 1895-1899 (1993).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.70.1895

[4] PW Kort. ‘Algoritmen voor kwantumberekeningen: discrete logaritmen en factoring’. In Proceedings 35e jaarlijkse symposium over de grondslagen van de computerwetenschappen. Pagina's 124–134. (1994).
https: / / doi.org/ 10.1109 / SFCS.1994.365700

[5] Changhyoup Lee, Benjamin Lawrie, Raphael Pooser, Kwang-Geol Lee, Carsten Rockstuhl en Mark Tame. "Kwantumplasmonische sensoren". Chemische beoordelingen 121, 4743–4804 (2021).
https:///doi.org/10.1021/acs.chemrev.0c01028

[6] Frank Arute, Kunal Arya en Ryan Babbush ${et}$ ${al}$. "Kwantumsuprematie met behulp van een programmeerbare supergeleidende processor". Natuur 574, 505–510 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41586-019-1666-5

[7] Gary J. Mooney, Charles D. Hill en Lloyd CL Hollenberg. "Verstrengeling in een supergeleidende kwantumcomputer van 20 qubit". Wetenschappelijke rapporten 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 en T. Monz. "Compacte ion-trap quantum computing-demonstrator". PRX Quantum 2, 020343 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.020343

[9] S. Debnath, NM Linke, C. Figgatt, KA Landsman, K. Wright en C. Monroe. “Demonstratie van een kleine programmeerbare kwantumcomputer met atomaire qubits”. Natuur 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 en J. Kim. "Benchmarking van een 11-qubit-kwantumcomputer". Natuurcommunicatie 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 en LMK Vandersypen. "Een programmeerbare twee-qubit-kwantumprocessor in silicium". Natuur 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 en H.-J. Pohl. "Kwantuminformatieopslag gedurende meer dan 180 seconden met behulp van donorspins in een ${}^{28}$SI "halfgeleidervacuüm"". Wetenschap 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 en SA Lyon. "Elektronenspincoherentie groter dan seconden in zeer zuiver silicium". Natuurmaterialen 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 en AS Dzurak. "Een adresseerbare quantum dot-qubit met fouttolerante controle-getrouwheid". Natuurnanotechnologie 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 en AS Dzurak. "Een logische poort van twee qubit in silicium". Natuur 526, 410–414 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature15263

[16] DM Zajac, AJ Sigillito, M. Russ, F. Borjans, JM Taylor, G. Burkard en JR Petta. "Resonant aangedreven cnot-poort voor elektronenspins". Wetenschap 359, 439–442 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.aao5965

[17] Otfried Gühne en Géza Tóth. “Verstrikkingsdetectie”. Natuurkunderapporten 474, 1–75 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physrep.2009.02.004

[18] E. Wigner. "Over de kwantumcorrectie voor thermodynamisch evenwicht". Fys. 40, 749-759 (1932).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.40.749

[19] K. Husimi. "Enkele formele eigenschappen van de dichtheidsmatrix". Proceedings van de Physico-Mathematical Society of Japan. 3e serie 22, 264-314 (1940).
https: / / doi.org/ 10.11429 / ppmsj1919.22.4_264

[20] Roy J. Glauber. "Coherente en onsamenhangende toestanden van het stralingsveld". Fys. 131, 2766–2788 (1963).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.131.2766

[21] ECG Sudarshan. ‘Equivalentie van semiklassieke en kwantummechanische beschrijvingen van statistische lichtstralen’. Fys. Ds. Lett. 10, 277-279 (1963).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.10.277

[22] KE Cahill en RJ Glauber. "Dichtheidsoperatoren en quasi-waarschijnlijkheidsverdelingen". Fys. 177, 1882–1902 (1969).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.177.1882

[23] Christoffel Ferrie. "Quasi-waarschijnlijkheidsrepresentaties van de kwantumtheorie met toepassingen op de kwantuminformatiewetenschap". Rapporten over de vooruitgang in de natuurkunde 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 en Hyunchul Nha. "Het testen van niet-classicaliteit en niet-gaussianiteit in faseruimte". Fys. Ds. Lett. 114, 190402 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.190402

[25] J. Sperling en IA Walmsley. "Quasiprobability representatie van kwantumcoherentie". Fys. Rev.A 97, 062327 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.062327

[26] J Sperling en W Vogel. "Quasiprobability-verdelingen voor kwantumoptische coherentie en daarbuiten". Physica Scripta 95, 034007 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1402-4896 / ab5501

[27] Martin Bohmann, Elizabeth Agudelo en Jan Sperling. ‘Niet-classicaliteit onderzoeken met matrices van fase-ruimteverdelingen’. Kwantum 4, 343 (2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-10-15-343

[28] Jiyong Park, Jaehak Lee, Kyunghyun Baek en Hyunchul Nha. "Het kwantificeren van niet-gaussianiteit van een kwantumtoestand door de negatieve entropie van kwadratuurverdelingen". Fys. A 104, 032415 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.104.032415

[29] Junghee Ryu, James Lim, Sunghyuk Hong en Jinhyoung Lee. "Operationele quasikansen voor qudits". Fys. Rev.A 88, 052123 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.88.052123

[30] Jeongwoo Jae, Junghee Ryu en Jinhyoung Lee. "Operationele quasiwaarschijnlijkheden voor continue variabelen". Fys. Rev.A 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 en Jinhyoung Lee. "Optisch experiment om negatieve waarschijnlijkheid te testen in de context van selectie van kwantummetingen". Wetenschappelijke rapporten 9, 19021 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41598-019-53121-5

[32] Ji-Hoon Kang, Junghee Ryu en Hoon Ryu. "Het onderzoeken van het gedrag van elektrode-aangedreven si-kwantumdot-systemen: van ladingscontrole tot qubit-operaties". Nanoschaal 13, 332–339 (2021).
https:///doi.org/10.1039/D0NR05070A

[33] Hoon Ryu en Ji-Hoon Kang. "Devitaliserende, door ruis veroorzaakte instabiliteit van verstrengelde logica in siliciumapparaten met bias-controles". Wetenschappelijke rapporten 12, 15200 (2022).
https://doi.org/10.1038/s41598-022-19404-0

[34] Jing Wang, A. Rahman, A. Ghosh, G. Klimeck en M. Lundstrom. "Over de geldigheid van de parabolische effectieve massa-benadering voor de ${I}$-${V}$ berekening van silicium nanodraadtransistoren". IEEE-transacties op elektronenapparaten 52, 1589–1595 (2005).
https:///doi.org/10.1109/TED.2005.850945

[35] R. Neumann en LR Schreiber. "Simulatie van de dynamiek van micromagneet-strooivelden voor manipulatie van spinqubits". 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 en Guido Burkard. "High-fidelity kwantumpoorten in si/sige dubbele kwantumdots". Fys. B 97, 085421 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.97.085421

[37] E. Paladino, YM Galperin, G. Falci en BL Altshuler. “${1}/{f}$ ruis: implicaties voor kwantuminformatie in vaste toestand”. Rev. Mod. Fys. 86, 361–418 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.361

Geciteerd door

Dit artikel is gepubliceerd in Quantum onder de Creative Commons Naamsvermelding 4.0 Internationaal (CC BY 4.0) licentie. Het auteursrecht blijft berusten bij de oorspronkelijke houders van auteursrechten, zoals de auteurs of hun instellingen.