Déterminer la capacité de l'informatique quantique universelle : tester la contrôlabilité via l'expressivité dimensionnelle

Déterminer la capacité de l'informatique quantique universelle : tester la contrôlabilité via l'expressivité dimensionnelle

Horodatage: 21 décembre 2023 7h24
Nœud source: 3029971

Fernando Gago Encinas1, Tobias Hartung2,3, Daniel M. Reich1, Karl Jansen4, et Christiane P. Koch1

1Fachbereich Physik et Centre Dahlem pour les systèmes quantiques complexes, Freie Universität Berlin, Arnimallee 14, 14195 Berlin, Allemagne
2Northeastern University London, Devon House, St Katharine Docks, Londres, E1W 1LP, Royaume-Uni
3Khoury College of Computer Sciences, Northeastern University, 440 Huntington Avenue, 202 West Village H Boston, MA 02115, États-Unis
4NIC, DESY Zeuthen, Platanenallee 6, 15738 Zeuthen, Allemagne

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Abstract

La contrôlabilité de l'opérateur fait référence à la capacité d'implémenter un unitaire arbitraire dans SU(N) et constitue une condition préalable à l'informatique quantique universelle. Les tests de contrôlabilité peuvent être utilisés dans la conception de dispositifs quantiques pour réduire le nombre de contrôles externes. Leur utilisation pratique est toutefois entravée par l’évolution exponentielle de leur effort numérique avec le nombre de qubits. Ici, nous concevons un algorithme hybride quantique-classique basé sur un circuit quantique paramétré. Nous montrons que la contrôlabilité est liée au nombre de paramètres indépendants, qui peuvent être obtenus par analyse d'expressivité dimensionnelle. Nous illustrons l'application de l'algorithme à des tableaux de qubits avec des couplages de voisins les plus proches et des contrôles locaux. Nos travaux proposent une approche systématique de la conception de puces quantiques économes en ressources.

Image présentée : couche unique du circuit quantique paramétrique conçue pour tester la contrôlabilité de l'opérateur sur un réseau de qubits avec des contrôles locaux.

Résumé populaire

La contrôlabilité nous indique si nous pouvons mettre en œuvre toutes les opérations unitaires imaginables sur un système quantique avec des champs de contrôle que nous pouvons modifier en fonction du temps. Cette propriété est importante pour les tableaux de qubits, car l’informatique quantique universelle nécessite un dispositif capable de réaliser n’importe quelle opération de logique quantique. Étant donné que chaque champ de contrôle occupe de l’espace physique, nécessite un étalonnage et est potentiellement une source de bruit, il devient essentiel de trouver des conceptions de dispositifs comportant le moins de contrôles et de couplages de qubits possible, à mesure que les dispositifs quantiques grandissent. Les tests de contrôlabilité peuvent nous aider à atteindre cet objectif.

Nous présentons ici un test hybride quantique-classique qui combine des mesures sur un dispositif quantique et des calculs classiques. Notre algorithme est basé sur le concept de circuits quantiques paramétriques, pendant quantique des circuits booléens où certaines portes logiques dépendent de différents paramètres. Nous exploitons l'analyse d'expressivité dimensionnelle pour identifier tous les paramètres du circuit qui sont redondants et peuvent être supprimés. Nous montrons que, pour tout tableau de qubits, un circuit quantique paramétrique peut être défini de telle sorte que le nombre de paramètres indépendants reflète la contrôlabilité du système quantique d'origine.

Nous espérons que ce test fournira un outil utile pour étudier ces circuits et pour concevoir des dispositifs quantiques contrôlables pouvant être étendus à des dimensions plus grandes.

► Données BibTeX

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Cité par

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