Explorando o recurso de emaranhamento em sistemas de pontos quânticos de Si com abordagem de quase probabilidade operacional

Nó Fonte: 1719787

Junghee Ryu e Hoon Ryu

Divisão de Supercomputação Nacional, Instituto Coreano de Ciência e Tecnologia da Informação, Daejeon 34141, República da Coreia

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Sumário

Caracterizamos o emaranhamento quântico dos sinais realistas de dois qubits que são sensíveis a ruídos de carga. Nosso exemplo de trabalho é a resposta de tempo gerada a partir de uma plataforma de ponto quântico duplo (DQD) de silício, onde uma rotação de qubit único e uma operação NOT controlada de dois qubits são conduzidas sequencialmente no tempo para gerar estados emaranhados arbitrários. Para caracterizar o emaranhamento de estados de dois qubits, empregamos a abordagem de quasiprobabilidade operacional marginal (OQ) que permite valores negativos da função de probabilidade se um determinado estado for emaranhado. Enquanto o ruído de carga, que é onipresente em dispositivos semicondutores, afeta severamente as operações lógicas implementadas na plataforma DQD, causando enorme degradação na fidelidade das operações unitárias, bem como nos estados de dois qubits resultantes, o padrão na força de emaranhamento orientado por OQ revela-se ser bastante invariante, indicando que o recurso de emaranhamento quântico não é significativamente quebrado, embora o sistema físico seja exposto a flutuações causadas por ruído na interação de troca entre pontos quânticos.

Caracterizamos o emaranhamento de dois estados de bits quânticos (qubits) que são gerados em uma plataforma de ponto quântico duplo (DQD) de silício (Si) de tamanho realista. Para estados arbitrários de dois qubits que são produzidos por meio da condução de uma única rotação de qubit seguida por uma operação X controlada, empregamos a função de quasiprobabilidade operacional marginal (OQ) para quantificar diretamente seu recurso de emaranhamento. Aqui mostramos que a função OQ marginal, que pode ser construída apenas com operadores mensuráveis ​​diretamente, pode servir como um indicador sólido de emaranhamento quântico, mesmo que um determinado estado esteja muito contaminado com ruídos de carga, uma vez que caracteriza a força do emaranhamento com precisão razoável e menor custo de computação em comparação com o conhecido método de negatividade que envolve o processo de tomografia de estado completo. Também investigamos como os estados de dois qubits em um sistema Si DQD são afetados por ruídos de carga que são onipresentes em dispositivos semicondutores. Embora vejamos que o ruído leva a uma enorme degradação na fidelidade, seu efeito no recurso de emaranhamento acaba sendo muito mais fraco, de modo que mais de 70% do recurso pode ser retido para estados de Bell emaranhados ao máximo, mesmo em uma condição fortemente ruidosa em que a fidelidade do estado cai para cerca de 20%.

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