16:47 2022-05-24
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Revoluție în seturile de porți universale cuantice: o poartă iToffoli de înaltă fidelitate
_ Revoluție în universal cuantic seturi de porți: o poartă iToffoli de înaltă fidelitate
Porțile logice cuantice de înaltă fidelitate aplicate biților cuantici (qubiți) sunt blocurile de bază ale circuitelor cuantice programabile. Cercetătorii de la Advanced Quantum Testbed (AQT) de la Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) au efectuat prima demonstrație experimentală a unei porți native iToffoli de înaltă fidelitate de trei qubiți într-un procesor de informații cuantice supraconductor și într-un singur pas.
Procesoarele cuantice zgomotoase la scară intermediară acceptă de obicei porți native de unul sau doi qubiți, tipurile de porți care pot fi implementate direct de hardware. Porți mai complexe sunt implementate prin împărțirea lor în secvențe de porți native. Demonstrația echipei adaugă o poartă iToffoli nativă nouă și robustă de trei qubiți pentru calculul cuantic universal. În plus, echipa a demonstrat o funcționare de foarte mare fidelitate a porții la 98,26%. Descoperirea experimentală a echipei a fost publicată în Nature Physics în luna mai.
Porți logice cuantice, circuite cuantice
Toffoli sau controlled-controlled-NOT (CCNOT) este o poartă logică cheie în calcul clasic, deoarece este universal, astfel încât poate construi toate circuitele logice pentru a calcula orice operație binară dorită. În plus, este reversibil, ceea ce permite determinarea și recuperarea intrărilor binare (biților) de la ieșiri, astfel încât nu se pierde nicio informație.
În circuitele cuantice, qubitul de intrare poate fi într-o suprapunere de 0. si 1 state. Qubit-ul este conectat fizic la alți qubiți din circuit, ceea ce face mai dificilă implementarea unei porți cuantice de înaltă fidelitate pe măsură ce numărul de qubiți crește. Cu cât sunt mai puține porți cuantice necesare pentru a calcula o operație, cu atât circuitul cuantic este mai scurt, îmbunătățind astfel implementarea unui algoritm înainte ca qubiții să se decoereze, provocând erori în rezultatul final. Prin urmare, reducerea complexității și a timpului de rulare al porților cuantice este critică.
În tandem cu poarta Hadamard, poarta Toffoli formează un set de porți cuantice universale, care permite cercetătorilor să ruleze orice algoritm cuantic. Experimentele care implementează porți multi-qubit în tehnologiile de calcul majore - circuite supraconductoare, ioni prinși și atomi Rydberg - au demonstrat cu succes porțile Toffoli pe porți de trei qubiți cu fidelități medii între 87% și 90%. Cu toate acestea, astfel de demonstrații au cerut cercetătorilor să descompună porțile Toffoli în porți de unul și doi qubit, făcând timpul de funcționare a porții mai lung și degradându-le fidelitatea.
Crearea unei porți ușor de implementat
Pentru a crea o poartă de trei qubiți ușor de implementat pentru experiment, AQT a proiectat o poartă iToffoli în loc de o poartă Toffoli convențională, aplicând impulsuri de microunde simultane fixate la aceeași frecvență la trei qubiți supraconductori într-un lanț liniar.
Experimentul a demonstrat, în mod similar cu poarta Toffoli, că această poartă iToffoli de trei qubiți poate fi utilizată pentru a efectua calcule cuantice universale cu înaltă fidelitate. Mai mult, cercetătorii au arătat că schema porților de pe procesoarele cuantice supraconductoare ar putea produce porți suplimentare de trei qubiți, care oferă o sinteză mai eficientă a porților - procesul de desfacere a porților cuantice în altele mai scurte pentru a îmbunătăți timpul de funcționare a circuitului.
Yosep Kim, unul dintre cercetătorii de frunte ai experimentului și fost post-doctorat la AQT, este în prezent om de știință senior la Institutul de Știință și Tehnologie din Coreea (Coreea de Sud).
„Ca urmare a decoerenței, știm că o secvență de porți mai lungă și mai complexă dăunează fidelității rezultatelor, astfel încât timpul total de operare a porții pentru a executa un anumit algoritm este semnificativ. Demonstrația a demonstrat că putem implementați o poartă de trei qubit într-un singur pas și reduceți adâncimea circuitului (lungimea secvenței de porți) a unei sinteze de poartă. În plus, spre deosebire de abordările anterioare, schema noastră de poartă nu include stările excitate superioare ale qubitului predispuse la decoerență, prin urmare rezultând o poartă de înaltă fidelitate", a spus Kim.
"Sunt în continuare foarte impresionat de simplitatea și fidelitatea acestei porți iToffoli. Acum, folosind o operație de trei qubit ca cea din lucrare poate accelera în mod semnificativ dezvoltarea aplicațiilor cuantice și a corectării erorilor cuantice”, a spus Alexis Morvan, fost postdoctorat la AQT și în prezent cercetător la Google.
Folosind o cercetare colaborativă de ultimă generație. lab
AQT este o colaborare de ultimă generație laborator de cercetare pentru știința informației cuantice finanțat de Departamentul de Energie al Statelor Unite ale Americii, programul de cercetare în domeniul calculelor științifice avansate, Biroul de Știință. Laboratorul operează un banc de testare experimental cu acces deschis, conceput pentru o colaborare profundă cu cercetătorii Berkeley Lab și utilizatori externi din mediul academic, laboratoarele naționale și industrie. Aceste colaborări interactive permit explorarea amplă a științei de ultimă oră în platforma supraconductoare a AQT, care se bazează pe qubiți, porți și atenuarea erorilor de înaltă calitate, pregătind în același timp noi generații de cercetători în domeniu.
„Am studiat cuantica. știința informației folosind un sistem fotonic în timpul doctoratului, așa că nu aveam cunoștințe bune pentru a conduce experimentul într-un procesor supraconductor”, și-a amintit Kim. „Dar pentru că patul de testare experimental este atât de bine stabilit și există mulți colegi interdisciplinari care cunosc funcționarea interioară a configurației și au colaborat la experiment, am putut să sară în experiment foarte repede, fără prea multă experiență anterioară. Dacă nu ar fi pentru platforma și echipa AQT, nu cred că ideile mele ar fi fost realizate la un nivel atât de înalt."
"AQT oferă cercetătorilor și utilizatorilor o oportunitate fantastică de a colabora cu oameni din medii diferite și cu interese variate.Acest proiect iToffoli este un astfel de exemplu de polenizare încrucișată a ideilor.Așadar, pe lângă spiritul libertății științifice la AQT, munca noastră a fost accelerată și de infrastructura bine stabilită și calibrarea constantă, permițându-ne să ne concentrăm asupra fizicii proiectului nostru specific, fără a divaga cu sarcinile periferice. În plus, o stivă avansată de control ne-a permis să explorăm toate implementările posibile pentru a stabili noi protocoale cuantice", s. ajută Long Nguyen, un postdoctorat actual la AQT.
Cercetătorii speră că abordările experimentale pentru porți multi-qubit de înaltă fidelitate și ușor de implementat, cum ar fi cele explorate la AQT, vor declanșa studii suplimentare pentru a concepe diferite porți multi-qubit pentru procesarea informațiilor cuantice noi.
Comentarii:
Adauga Comentariu