Utforska entanglement-resurs i Si Quantum Dot-system med operationell kvasisannolikhetsmetod

Återutgiven av Platon

anhängare: 0

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

Hitta det här uppsatsen intressant eller vill diskutera? Scite eller lämna en kommentar på SciRate.

Abstrakt

Vi karakteriserar kvantintrasslingen av de realistiska två-qubit-signalerna som är känsliga för laddningsljud. Vårt arbetsexempel är tidssvaret som genereras från en kisel-dubbelkvantpunktsplattform (DQD), där en enkel-qubit-rotation och en två-qubit-styrd-NOT-operation utförs sekventiellt i tid för att generera godtyckliga intrasslade tillstånd. För att karakterisera intrasslingen av två-qubit-tillstånd använder vi metoden marginal operational quasiprobability (OQ) som tillåter negativa värden på sannolikhetsfunktionen om ett givet tillstånd är intrasslat. Medan laddningsbruset, som är allestädes närvarande i halvledarenheter, allvarligt påverkar logiska operationer implementerade i DQD-plattformen, vilket orsakar enorm försämring av enhetliga operationers trohet såväl som resulterande två-qubit-tillstånd, visar sig mönstret i den OQ-drivna intrasslingsstyrkan. att vara ganska invariant, vilket indikerar att resursen för kvantintrassling inte är signifikant bruten även om det fysiska systemet utsätts för brusdrivna fluktuationer i utbytesinteraktion mellan kvantpunkter.

Populär sammanfattning

Vi karakteriserar intrasslingen av två kvantbitar (qubits) tillstånd som genereras i en realistisk storlek kisel (Si) dubbel kvantpunkt (DQD) plattform. För godtyckliga två-qubit-tillstånd som produceras genom ledning av en enda qubit-rotation följt av en kontrollerad-X-operation, använder vi funktionen marginal operational quasiprobability (OQ) för att direkt kvantifiera deras intrasslingsresurs. Här visar vi att den marginella OQ-funktionen, som kan konstrueras enbart med direkt mätbara operatorer, kan fungera som en solid indikator på kvanttrassling även om ett givet tillstånd är förorenat för mycket med laddningsljud, eftersom den karakteriserar intrasslingsstyrkan med rimlig noggrannhet och lägre beräkningskostnad jämfört med den välkända negativitetsmetoden som involverar full state tomografiprocessen. Vi undersöker också hur två-qubit-tillstånd i ett Si DQD-system påverkas av laddningsljud som är allestädes närvarande i halvledarenheter. Medan vi ser att bruset driver en enorm försämring av troheten, visar sig dess effekt på intrasslingsresursen vara mycket svagare så mer än 70 % av resursen kan behållas för maximalt intrasslade Bell-tillstånd även i ett starkt bullrigt tillstånd där tillståndsfideliteten sjunker till cirka 20 %.

► BibTeX-data

@artikel{Ryu2022exploring, doi = {10.22331/q-2022-10-06-827}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2022-10-06-827}, title = {Utforska entanglement resurs i {S}i quantum dot system with operational quasiprobability approach}, författare = {Ryu, Junghee och Ryu, Hoon}, journal = {{Quantum}}, issn = {2521-327X}, utgivare = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, volym = {6}, sidor = {827}, månad = okt, år = {2022} }

► Referenser

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

[2] Nicolas Brunner, Daniel Cavalcanti, Stefano Pironio, Valerio Scarani och Stephanie Wehner. "Block nonlocality". 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 och William K. Wootters. "Teleportera ett okänt kvanttillstånd via dubbla klassiska och einstein-podolsky-rosen-kanaler". Phys. Rev. Lett. 70, 1895–1899 (1993).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.70.1895

[4] P.W. Shor. "Algorithmer för kvantberäkning: diskreta logaritmer och factoring". I Proceedings 35:e årliga symposium om grunderna för datavetenskap. Sidorna 124–134. (1994).
https: / / doi.org/ 10.1109 / SFCS.1994.365700

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

[6] Frank Arute, Kunal Arya och Ryan Babbush ${et}$ ${al}$. "Quantum supremacy med en programmerbar supraledande processor". Nature 574, 505–510 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41586-019-1666-5

[7] Gary J. Mooney, Charles D. Hill och Lloyd C. L. Hollenberg. "Intrassling i en 20-qubit supraledande kvantdator". 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 och T. Monz. "Kompakt jonfälla kvantberäkningsdemonstrator". PRX Quantum 2, 020343 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.020343

[9] S. Debnath, NM Linke, C. Figgatt, KA Landsman, K. Wright och C. Monroe. "Demonstration av en liten programmerbar kvantdator med atomära qubits". Nature 536, 63–66 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature18648

[10] K. Wright, K. M. Beck, S. Debnath, J. M. Amini, Y. Nam, N. Grzesiak, J. S. Chen, N. C. Pisenti, M. Chmielewski, C. Collins, K. M. Hudek, J. Mizrahi, J. D. Wong-Campos, S. Allen, J. Apisdorf, P. Solomon, M. Williams, A.M. Ducore, A. Blinov, S.M. Kreikemeier, V. Chaplin, M. Keesan, C. Monroe och J. Kim. "Benchmarking en 11-qubit kvantdator". Nature Communications 10, 5464 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41467-019-13534-2

[11] T. F. Watson, S. G. J. Philips, E. Kawakami, D. R. Ward, P. Scarlino, M. Veldhorst, D. E. Savage, M. G. Lagally, Mark Friesen, S. N. Coppersmith, M. A. Eriksson och L. M. K. Vandersypen. "En programmerbar två-qubit kvantprocessor i kisel". Nature 555, 633–637 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature25766

[12] M. Steger, K. Saeedi, M.L.W. Thewalt, J.J.L. Morton, H. Riemann, N.V. Abrosimov, P. Becker och H.-J. Pohl. "Lagring av kvantinformation i över 180 s med hjälp av donatorspinn i ett ${}^{28}$SI "halvledarvakuum"". Science 336, 1280–1283 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1217635

[13] Alexei M. Tyryshkin, Shinichi Tojo, John J. L. Morton, Helge Riemann, Nikolai V. Abrosimov, Peter Becker, Hans-Joachim Pohl, Thomas Schenkel, Michael L. W. Thewalt, Kohei M. Itoh och S. A. Lyon. "Elektronspinningskoherens överstiger sekunder i högrent kisel". Nature Materials 11, 143–147 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nmat3182

[14] M. Veldhorst, J. C. C. Hwang, C. H. Yang, A. W. Leenstra, B. de Ronde, J. P. Dehollain, J. T. Muhonen, F. E. Hudson, K. M. Itoh, A. Morello och A. S. Dzurak. "En adresserbar quantum dot qubit med feltolerant kontroll-fidelity". Nature Nanotechnology 9, 981–985 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nnano.2014.216

[15] M. Veldhorst, C. H. Yang, J. C. C. Hwang, W. Huang, J. P. Dehollain, J. T. Muhonen, S. Simmons, A. Laucht, F. E. Hudson, K. M. Itoh, A. Morello och A. S. Dzurak. "En två-qubit logisk gate i kisel". Nature 526, 410–414 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature15263

[16] D.M. Zajac, A.J. Sigillito, M. Russ, F. Borjans, J.M. Taylor, G. Burkard och J.R. Petta. "Resonansdriven cnot-grind för elektronsnurr". Science 359, 439–442 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.aao5965

[17] Otfried Gühne och Géza Tóth. "Intrasslingsdetektering". Physics Reports 474, 1–75 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physrep.2009.02.004

[18] E. Wigner. "Om kvantkorrigeringen för termodynamisk jämvikt". Phys. Upps. 40, 749–759 (1932).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.40.749

[19] K. Husimi. "Några formella egenskaper hos densitetsmatrisen". Proceedings of the Physico-Mathematical Society of Japan. 3:e serie 22, 264–314 (1940).
https: / / doi.org/ 10.11429 / ppmsj1919.22.4_264

[20] Roy J. Glauber. "Koherenta och osammanhängande tillstånd av strålningsfältet". Phys. Rev. 131, 2766–2788 (1963).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.131.2766

[21] E.C.G. Sudarshan. "Ekvivalens mellan semiklassiska och kvantmekaniska beskrivningar av statistiska ljusstrålar". Phys. Rev. Lett. 10, 277-279 (1963).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.10.277

[22] K.E. Cahill och R.J. Glauber. "Täthetsoperatorer och kvasisannolikhetsfördelningar". Phys. Upps. 177, 1882–1902 (1969).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.177.1882

[23] Christopher Ferrie. "Kvatsannolikhetsrepresentationer av kvantteori med tillämpningar på kvantinformationsvetenskap". 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 och Hyunchul Nha. "Testa icke-klassicitet och icke-gaussianitet i fasrum". Phys. Rev. Lett. 114, 190402 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.190402

[25] J. Sperling och I.A. Walmsley. "Quasisannolikhetsrepresentation av kvantkoherens". Phys. Rev. A 97, 062327 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.062327

[26] J Sperling och W Vogel. "Quasisannolikhetsfördelningar för kvantoptisk koherens och bortom". Physica Scripta 95, 034007 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1402-4896 / ab5501

[27] Martin Bohmann, Elizabeth Agudelo och Jan Sperling. "Söka icke-klassicitet med matriser av fas-rymdfördelningar". Quantum 4, 343 (2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-10-15-343

[28] Jiyong Park, Jaehak Lee, Kyunghyun Baek och Hyunchul Nha. "Kvantifiera icke-gaussianitet av ett kvanttillstånd genom den negativa entropin av kvadraturfördelningar". Phys. Rev. A 104, 032415 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.104.032415

[29] Junghee Ryu, James Lim, Sunghyuk Hong och Jinhyoung Lee. "Operationella kvasisannolikheter för qudits". Phys. Rev. A 88, 052123 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.88.052123

[30] Jeongwoo Jae, Junghee Ryu och Jinhyoung Lee. "Operationella kvasisannolikheter för kontinuerliga 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 och Jinhyoung Lee. "Optiskt experiment för att testa negativ sannolikhet i samband med val av kvantmätning". Scientific Reports 9, 19021 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41598-019-53121-5

[32] Ji-Hoon Kang, Junghee Ryu och Hoon Ryu. "Undersöka beteendet hos elektroddrivna si quantum dot-system: från laddningskontroll till qubit-operationer". Nanoskala 13, 332–339 (2021).
https:///doi.org/10.1039/D0NR05070A

[33] Hoon Ryu och Ji-Hoon Kang. "Devitaliserande brusdriven instabilitet av intrasslande logik i kiselenheter med förspänningskontroller". Scientific Reports 12, 15200 (2022).
https://doi.org/10.1038/s41598-022-19404-0

[34] Jing Wang, A. Rahman, A. Ghosh, G. Klimeck och M. Lundström. "Om giltigheten av den paraboliska effektiva massapproximationen för ${I}$-${V}$ beräkningen av kisel nanotrådstransistorer". IEEE Transactions on Electron Devices 52, 1589–1595 (2005).
https:///doi.org/10.1109/TED.2005.850945

[35] R. Neumann och L.R. Schreiber. "Simulering av mikromagnets ströfältsdynamik för spin qubit-manipulation". Journal of Applied Physics 117, 193903 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.4921291

[36] Maximilian Russ, D.M. Zajac, A.J. Sigillito, F. Borjans, J.M. Taylor, J.R. Petta och Guido Burkard. "High-fidelity kvantportar i si/sige dubbla kvantprickar". Phys. Rev. B 97, 085421 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.97.085421

[37] E. Paladino, Y.M. Galperin, G. Falci och B.L. Altshuler. "${1}/{f}$ brus: Implikationer för kvantinformation i fast tillstånd". Rev. Mod. Phys. 86, 361–418 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.361

Citerad av

Detta papper publiceras i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) licens. Upphovsrätten kvarstår med de ursprungliga upphovsrättsinnehavarna som författarna eller deras institutioner.