Utforsking av sammenfiltringsressurs i Si Quantum Dot-systemer med operasjonell kvasi-sannsynlighetsmetode

Publisert av Platon

Følgere: 0

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

Finn dette papiret interessant eller vil diskutere? Scite eller legg igjen en kommentar på SciRate.

Abstrakt

Vi karakteriserer kvantesammenfiltringen av de realistiske to-qubit-signalene som er følsomme for ladestøy. Vårt arbeidseksempel er tidsresponsen generert fra en silisiumdobbelt kvantepunkt (DQD)-plattform, der en enkelt-qubit-rotasjon og en to-qubit-kontrollert-NOT-operasjon utføres sekvensielt i tid for å generere vilkårlige sammenfiltrede tilstander. For å karakterisere sammenfiltringen av to-qubit-tilstander, bruker vi den marginale operasjonelle kvasiprobability-tilnærmingen (OQ) som tillater negative verdier av sannsynlighetsfunksjonen hvis en gitt tilstand er sammenfiltret. Mens ladestøyen, som er allestedsnærværende i halvlederenheter, alvorlig påvirker logiske operasjoner implementert i DQD-plattformen, noe som forårsaker enorm forringelse av troverdigheten til enhetlige operasjoner samt resulterende to-qubit-tilstander, viser mønsteret i den OQ-drevne sammenfiltringsstyrken seg å være ganske invariant, noe som indikerer at ressursen til kvantesammenfiltring ikke er vesentlig brutt selv om det fysiske systemet er utsatt for støydrevne fluktuasjoner i utvekslingsinteraksjon mellom kvanteprikker.

Populært sammendrag

Vi karakteriserer sammenfiltringen av to kvantebits (qubits) tilstander som genereres i en realistisk størrelse silisium (Si) dobbel kvantepunkt (DQD) plattform. For vilkårlige to-qubit-tilstander som produseres gjennom ledning av en enkelt qubit-rotasjon etterfulgt av en kontrollert-X-operasjon, bruker vi funksjonen marginal operational quasiprobability (OQ) for å direkte kvantifisere deres sammenfiltringsressurs. Her viser vi at den marginale OQ-funksjonen, som kun kan konstrueres med direkte målbare operatorer, kan tjene som en solid indikator på kvantesammenfiltring selv om en gitt tilstand er forurenset for mye med ladningsstøy, siden den karakteriserer sammenfiltringsstyrken med rimelig nøyaktighet og lavere datakostnad sammenlignet med den velkjente negativitetsmetoden som involverer full state tomografi-prosessen. Vi undersøker også hvordan to-qubit-tilstander i et Si DQD-system påvirkes av ladestøy som er allestedsnærværende i halvlederenheter. Selv om vi ser at støyen driver enorm forringelse av troskap, viser dens effekt på sammenfiltringsressursen seg å være mye svakere, slik at mer enn 70 % av ressursen kan beholdes for maksimalt sammenfiltrede Bell-tilstander selv i en sterkt støyende tilstand der tilstandstroheten synker til rundt 20 %.

► BibTeX-data

@artikkel{Ryu2022exploring, doi = {10.22331/q-2022-10-06-827}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2022-10-06-827}, tittel = {Utforsker entanglement-ressurs i {S}i kvantepunktsystemer med operasjonell kvasiprobability-tilnærming}, forfatter = {Ryu, Junghee og Ryu, Hoon}, journal = {{Quantum}}, issn = {2521-327X}, publisher = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in the Quantenwissenschaften}}, volum = {6}, sider = {827}, måned = okt, år = {2022} }

► Referanser

[1] Ryszard Horodecki, Paweł Horodecki, Michał Horodecki og Karol Horodecki. "Kvanteforviklinger". Rev. Mod. Phys. 81, 865–942 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.81.865

[2] Nicolas Brunner, Daniel Cavalcanti, Stefano Pironio, Valerio Scarani og Stephanie Wehner. "Bell ikke-lokalitet". 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 og William K. Wootters. "Teleportering av en ukjent kvantetilstand via doble klassiske og einstein-podolsky-rosen-kanaler". Phys. Rev. Lett. 70, 1895–1899 (1993).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.70.1895

[4] PW Shor. "Algorithmer for kvanteberegning: diskrete logaritmer og faktorisering". I Proceedings 35. årlige symposium om grunnlaget for informatikk. Side 124–134. (1994).
https: / / doi.org/ 10.1109 / SFCS.1994.365700

[5] Changhyoup Lee, Benjamin Lawrie, Raphael Pooser, Kwang-Geol Lee, Carsten Rockstuhl og Mark Tame. "Kvanteplasmoniske sensorer". Chemical Reviews 121, 4743–4804 (2021).
https:///doi.org/10.1021/acs.chemrev.0c01028

[6] Frank Arute, Kunal Arya og Ryan Babbush ${et}$ ${al}$. "Kvanteoverlegenhet ved bruk av en programmerbar superledende prosessor". Nature 574, 505–510 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41586-019-1666-5

[7] Gary J. Mooney, Charles D. Hill og Lloyd CL Hollenberg. "Forviklinger i en 20-qubit superledende kvantedatamaskin". Scientific Reports 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 og T. Monz. "Kompakt ionefelle kvantedatabehandlingsdemonstrator". PRX Quantum 2, 020343 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.020343

[9] S. Debnath, NM Linke, C. Figgatt, KA Landsman, K. Wright og C. Monroe. "Demonstrasjon av en liten programmerbar kvantedatamaskin med atomære 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 og J. Kim. "Benchmarking en 11-qubit kvantedatamaskin". 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 og LMK Vandersypen. "En programmerbar to-qubit kvanteprosessor i silisium". 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 og H.-J. Pohl. "Kvanteinformasjonslagring i over 180 s ved bruk av donorspinn i et ${}^{28}$SI "halvledervakuum"". 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 og SA Lyon. "Electron spin koherens som overstiger sekunder i høyrent silisium". 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 og AS Dzurak. "En adresserbar kvantepunkt-qubit med feiltolerant kontroll-fidelity". 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 og AS Dzurak. "En to-qubit logisk port i silisium". Nature 526, 410–414 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature15263

[16] DM Zajac, AJ Sigillito, M. Russ, F. Borjans, JM Taylor, G. Burkard og JR Petta. "Resonant drevet cnot-port for elektronspinn". Science 359, 439–442 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.aao5965

[17] Otfried Gühne og Géza Tóth. "Entanglement detection". Fysikkrapporter 474, 1–75 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physrep.2009.02.004

[18] E. Wigner. "Om kvantekorreksjon for termodynamisk likevekt". Phys. Rev. 40, 749–759 (1932).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.40.749

[19] K. Husimi. "Noen formelle egenskaper til tetthetsmatrisen". Proceedings of Physico-Mathematical Society of Japan. 3. serie 22, 264–314 (1940).
https: / / doi.org/ 10.11429 / ppmsj1919.22.4_264

[20] Roy J. Glauber. "Koherente og usammenhengende tilstander av strålingsfeltet". Phys. Rev. 131, 2766–2788 (1963).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.131.2766

[21] EKG Sudarshan. "Ekvivalens av semiklassiske og kvantemekaniske beskrivelser av statistiske lysstråler". Phys. Rev. Lett. 10, 277-279 (1963).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.10.277

[22] KE Cahill og RJ Glauber. "Tetthetsoperatorer og kvasi-sannsynlighetsfordelinger". Phys. Rev. 177, 1882–1902 (1969).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.177.1882

[23] Christopher Ferrie. "Kvaksannsynlighetsrepresentasjoner av kvanteteori med anvendelser til kvanteinformasjonsvitenskap". 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 og Hyunchul Nha. "Testing av ikke-klassisitet og ikke-gaussianitet i faserom". Phys. Rev. Lett. 114, 190402 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.190402

[25] J. Sperling og IA Walmsley. "Quasisannsynlighetsrepresentasjon av kvantekoherens". Phys. Rev. A 97, 062327 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.062327

[26] J Sperling og W Vogel. "Quasisannsynlighetsfordelinger for kvanteoptisk koherens og utover". Physica Scripta 95, 034007 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1402-4896 / ab5501

[27] Martin Bohmann, Elizabeth Agudelo og Jan Sperling. "Undersøkelse av ikke-klassisalitet med matriser av fase-romfordelinger". Quantum 4, 343 (2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-10-15-343

[28] Jiyong Park, Jaehak Lee, Kyunghyun Baek og Hyunchul Nha. "Kvantifisere ikke-gaussianitet av en kvantetilstand ved den negative entropien til kvadraturfordelinger". Phys. Rev. A 104, 032415 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.104.032415

[29] Junghee Ryu, James Lim, Sunghyuk Hong og Jinhyoung Lee. "Operasjonelle kvasi-sannsynligheter for qudits". Phys. Rev. A 88, 052123 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.88.052123

[30] Jeongwoo Jae, Junghee Ryu og Jinhyoung Lee. "Operasjonelle kvasi-sannsynligheter for kontinuerlige variabler". Phys. 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 og Jinhyoung Lee. "Optisk eksperiment for å teste negativ sannsynlighet i sammenheng med valg av kvantemåling". Scientific Reports 9, 19021 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41598-019-53121-5

[32] Ji-Hoon Kang, Junghee Ryu og Hoon Ryu. "Utforsking av atferden til elektrodedrevne si-kvantepunktsystemer: fra ladningskontroll til qubit-operasjoner". Nanoskala 13, 332–339 (2021).
https:///doi.org/10.1039/D0NR05070A

[33] Hoon Ryu og Ji-Hoon Kang. "Devitaliserende støydrevet ustabilitet av sammenfiltrende logikk i silisiumenheter med forspenningskontroller". Scientific Reports 12, 15200 (2022).
https://doi.org/10.1038/s41598-022-19404-0

[34] Jing Wang, A. Rahman, A. Ghosh, G. Klimeck og M. Lundstrom. "Om gyldigheten av den parabolske effektive massetilnærmingen for ${I}$-${V}$-beregningen av silisiumnanowire-transistorer". IEEE Transactions on Electron Devices 52, 1589–1595 (2005).
https:///doi.org/10.1109/TED.2005.850945

[35] R. Neumann og LR Schreiber. "Simulering av mikromagnet-strøfeltdynamikk for spinn-qubit-manipulering". 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 og Guido Burkard. "High-fidelity kvanteporter i si/sige doble kvanteprikker". Phys. Rev. B 97, 085421 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.97.085421

[37] E. Paladino, YM Galperin, G. Falci og BL Altshuler. "${1}/{f}$ støy: Implikasjoner for solid-state kvanteinformasjon". Rev. Mod. Phys. 86, 361–418 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.361

Sitert av

Denne artikkelen er utgitt i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) tillatelse. Opphavsrett forblir hos de opprinnelige rettighetshaverne som forfatterne eller institusjonene deres.