Operasyonel yarı olasılık yaklaşımıyla Si kuantum nokta sistemlerinde dolaşıklık kaynağının araştırılması

Zaman Damgası: 6 Ekim 2022 8:35
Kaynak Düğüm: 1719787

Junghee Ryu ve Hoon-Ryu

Ulusal Süper Hesaplama Bölümü, Kore Bilim ve Teknoloji Bilgi Enstitüsü, Daejeon 34141, Kore Cumhuriyeti

Bu makaleyi ilginç mi buldunuz yoksa tartışmak mı istiyorsunuz? SciRate'e çığlık at veya yorum bırak.

Özet

Yük seslerine duyarlı gerçekçi iki kübitlik sinyallerin kuantum dolaşıklığını karakterize ediyoruz. Çalışma örneğimiz, rastgele karışık durumlar oluşturmak için tek kübitlik bir dönüşün ve iki kübit kontrollü DEĞİL işleminin sırayla gerçekleştirildiği bir silikon çift kuantum nokta (DQD) platformundan üretilen zaman yanıtıdır. İki kübitlik durumların dolaşıklığını karakterize etmek için, belirli bir durum karışmışsa olasılık fonksiyonunun negatif değerlerine izin veren marjinal operasyonel yarı olasılık (OQ) yaklaşımını kullanırız. Yarı iletken cihazlarda her yerde bulunan şarj gürültüsü, DQD platformunda uygulanan mantık işlemlerini ciddi şekilde etkileyerek üniter işlemlerin aslına uygunluğunun yanı sıra sonuçta iki kübit durumlarında büyük bozulmaya neden olurken, OQ güdümlü dolaşıklık gücündeki model ortaya çıkıyor oldukça değişmez olması, fiziksel sistemin kuantum noktaları arasındaki değiş tokuş etkileşiminde gürültü kaynaklı dalgalanmalara maruz kalmasına rağmen, kuantum dolaşıklığının kaynağının önemli ölçüde kırılmadığını gösterir.

Popüler özet

Gerçekçi boyutta bir silikon (Si) çift kuantum nokta (DQD) platformunda üretilen iki kuantum bitinin (kübit) durumunun dolaşıklığını karakterize ediyoruz. Tek bir kübit dönüşünün iletimi ve ardından kontrollü bir X işlemi yoluyla üretilen keyfi iki kübit durumları için, bunların dolaşma kaynaklarını doğrudan ölçmek için marjinal operasyonel yarı olasılık (OQ) işlevini kullanırız. Burada, yalnızca doğrudan ölçülebilir operatörlerle oluşturulabilen marjinal OQ fonksiyonunun, dolaşma gücünü makul bir doğrulukla karakterize ettiğinden, belirli bir durum şarj gürültüleriyle çok fazla kirlenmiş olsa bile kuantum dolaşıklığın sağlam bir göstergesi olarak hizmet edebileceğini gösteriyoruz. ve tam durum tomografi sürecini içeren iyi bilinen olumsuzluk yöntemine kıyasla daha düşük hesaplama maliyeti. Ayrıca, bir Si DQD sistemindeki iki kübitlik durumların, yarı iletken cihazlarda her yerde bulunan yük seslerinden nasıl etkilendiğini de araştırıyoruz. Gürültünün aslına uygunlukta büyük bir düşüşe yol açtığını görsek de, bunun dolaşıklık kaynağı üzerindeki etkisinin çok daha zayıf olduğu ortaya çıkıyor, bu nedenle, durum aslına uygunluğunun düştüğü çok gürültülü bir durumda bile, kaynağın %70'inden fazlası maksimum düzeyde dolaşık Bell durumları için tutulabiliyor. %20 civarında.

► BibTeX verileri

► Referanslar

[1] Ryszard Horodecki, Paweł Horodecki, Michał Horodecki ve Karol Horodecki. "Kuantum dolaşıklığı". Mod. fizik 81, 865–942 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.81.865

[2] Nicolas Brunner, Daniel Cavalcanti, Stefano Pironio, Valerio Scarani ve Stephanie Wehner. "Bell yerelsizliği". Mod. fizik 86, 419–478 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.419

[3] Charles H. Bennett, Gilles Brassard, Claude Crépeau, Richard Jozsa, Asher Peres ve William K. Wootters. "İkili klasik ve einstein-podolsky-rosen kanalları aracılığıyla bilinmeyen bir kuantum durumunu ışınlama". fizik Rahip Lett. 70, 1895–1899 (1993).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.70.1895

[4] PW Kısa. "Kuantum hesaplama için algoritmalar: ayrık logaritmalar ve faktoring". Bildiriler Kitabı'nda Bilgisayar Biliminin Temelleri Üzerine 35. Yıllık Sempozyum. Sayfalar 124–134. (1994).
https: / / doi.org/ 10.1109 / SFCS.1994.365700

[5] Changhyoup Lee, Benjamin Lawrie, Raphael Pooser, Kwang-Geol Lee, Carsten Rockstuhl ve Mark Tame. "Kuantum plazmonik sensörler". Kimyasal İncelemeler 121, 4743–4804 (2021).
https://​/​doi.org/​10.1021/​acs.chemrev.0c01028

[6] Frank Arute, Kunal Arya ve Ryan Babbush ${et}$ ${al}$. "Programlanabilir bir süper iletken işlemci kullanarak kuantum üstünlüğü". Doğa 574, 505–510 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-019-1666-5

[7] Gary J. Mooney, Charles D. Hill ve Lloyd CL Hollenberg. "20 kübit süper iletken bir kuantum bilgisayarında dolaşıklık". Bilimsel Raporlar 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 ve T. Monz. "Kompakt iyon tuzağı kuantum hesaplama göstericisi". PRX Kuantum 2, 020343 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.020343

[9] S. Debnath, NM Linke, C. Figgatt, KA Landsman, K. Wright ve C. Monroe. "Atomik kübitlere sahip küçük, programlanabilir bir kuantum bilgisayarın gösterimi". Doğa 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 ve J. Kim. "11 kübitlik bir kuantum bilgisayarı kıyaslama". 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 ve LMK Vandersypen. "Silikonda programlanabilir iki kübitlik bir kuantum işlemci". Doğa 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 ve H.-J. Pohl. "${}^{180}$SI "yarı iletken vakumda" donör dönüşlerini kullanarak 28 saniyenin üzerinde kuantum bilgisi depolaması". Bilim 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 ve SA Lyon. "Yüksek saflıkta silikonda saniyeleri aşan elektron spin tutarlılığı". 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 ve AS Dzurak. "Hataya dayanıklı kontrol doğruluğuna sahip, adreslenebilir bir kuantum nokta kübiti". 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 ve AS Dzurak. "Silikonda iki kübitlik bir mantık kapısı". Doğa 526, 410–414 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature15263

[16] DM Zajac, AJ Sigillito, M. Russ, F. Borjans, JM Taylor, G. Burkard ve JR Petta. "Elektron dönüşleri için rezonansla sürülen cnot kapısı". Bilim 359, 439–442 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.aao5965

[17] Otfried Gühne ve Géza Tóth. "Dolaşıklık tespiti". Fizik Raporları 474, 1–75 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physrep.2009.02.004

[18] E.Wigner. "Termodinamik denge için kuantum düzeltmesi üzerine". fizik Rev. 40, 749–759 (1932).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.40.749

[19] K. Hüsimi. "Yoğunluk matrisinin bazı biçimsel özellikleri". Japonya Fiziko-Matematik Topluluğu Bildirileri. 3. Seri 22, 264–314 (1940).
https: / / doi.org/ 10.11429 / ppmsj1919.22.4_264

[20] Roy J. Glauber. "Radyasyon alanının tutarlı ve tutarsız durumları". fizik 131, 2766–2788 (1963).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.131.2766

[21] EKG Sudarshan. "İstatistiksel ışık ışınlarının yarı klasik ve kuantum mekanik tanımlarının denkliği". fizik Rahip Lett. 10, 277–279 (1963).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.10.277

[22] KE Cahill ve RJ Glauber. "Yoğunluk operatörleri ve yarı olasılık dağılımları". fizik Rev. 177, 1882–1902 (1969).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.177.1882

[23] Christopher Ferrie. "Kuantum bilgi bilimine uygulamalarla kuantum teorisinin yarı olasılık temsilleri". Fizikte İlerleme Raporları 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 ve Hyunchul Nha. "Faz uzayında klasik olmama ve gauss olmama durumunun test edilmesi". fizik Rahip Lett. 114, 190402 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.190402

[25] J. Sperling ve IA Walmsley. "Kuantum tutarlılığının yarı olasılık temsili". fizik A 97, 062327 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.062327

[26] J Sperling ve W Vogel. "Kuantum-optik tutarlılık ve ötesi için yarı olasılık dağılımları". Physica Scripta 95, 034007 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1402-4896 / ab5501

[27] Martin Bohmann, Elizabeth Agudelo ve Jan Sperling. "Faz-uzay dağılımlarının matrisleriyle klasik olmayanlığın araştırılması". Kuantum 4, 343 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-10-15-343

[28] Jiyong Park, Jaehak Lee, Kyunghyun Baek ve Hyunchul Nha. "Bir kuantum durumunun gauss olmayanlığının, karesel dağılımların negatif entropisiyle ölçülmesi". fizik A 104, 032415 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.104.032415

[29] Junghee Ryu, James Lim, Sunghyuk Hong ve Jinhyoung Lee. "Kuditler için operasyonel yarı olasılıklar". fizik A 88, 052123 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.88.052123

[30] Jeongwoo Jae, Junghee Ryu ve Jinhyoung Lee. "Sürekli değişkenler için operasyonel yarı olasılıklar". fizik 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 ve Jinhyoung Lee. "Kuantum ölçüm seçimi bağlamında negatif olasılığı test etmek için optik deney". Bilimsel Raporlar 9, 19021 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41598-019-53121-5

[32] Ji-Hoon Kang, Junghee Ryu ve Hoon Ryu. "Elektrotla çalışan si kuantum nokta sistemlerinin davranışlarını keşfetme: şarj kontrolünden kübit işlemlerine". Nano Ölçek 13, 332–339 (2021).
https://​/​doi.org/​10.1039/​D0NR05070A

[33] Hoon Ryu ve Ji-Hoon Kang. "Önyargılı kontrollere sahip silikon cihazlarda dolaştırma mantığının gürültüye dayalı istikrarsızlığının cansızlaştırılması". Bilimsel Raporlar 12, 15200 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41598-022-19404-0

[34] Jing Wang, A. Rahman, A. Ghosh, G. Klimeck ve M. Lundstrom. "Silikon nanotel transistörlerin ${I}$-${V}$ hesaplaması için parabolik etkin kütle yaklaşımının geçerliliği üzerine". Elektron Cihazlarında IEEE İşlemleri 52, 1589–1595 (2005).
https://​/​doi.org/​10.1109/​TED.2005.850945

[35] R. Neumann ve LR Schreiber. "Spin qubit manipülasyonu için mikro mıknatıs başıboş alan dinamiklerinin simülasyonu". 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 ve Guido Burkard. "Si/sige çift kuantum noktalarında aslına uygun kuantum kapıları". fizik Rev. B 97, 085421 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.97.085421

[37] E. Paladino, YM Galperin, G. Falci ve BL Altshuler. "${1}/​{f}$ gürültü: Katı hal kuantum bilgisi için çıkarımlar". Mod. fizik 86, 361–418 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.361

Alıntılama

Bu Makale, Quantum'da Creative Commons Atıf 4.0 Uluslararası (CC BY 4.0) lisans. Telif hakkı, yazarlar veya kurumları gibi orijinal telif hakkı sahiplerine aittir.

Zaman Damgası:

Den fazla Kuantum Günlüğü