범용 양자 컴퓨팅 능력 결정: 차원 표현성을 통한 제어 가능성 테스트

범용 양자 컴퓨팅 능력 결정: 차원 표현성을 통한 제어 가능성 테스트

타임 스탬프 : 21 년 2023 월 7 일 오전 24:XNUMX
소스 노드 : 3029971

페르난도 가고-엔시나스1, 토비아스 하르퉁2,3, 다니엘 M. 라이히1, 칼 얀센4및 크리스티안 P. 코흐(Christiane P. Koch)1

1Fachbereich Physik 및 Dahlem 복잡한 양자 시스템 센터, Freie Universität Berlin, Arnimallee 14, 14195 Berlin, Germany
2노스이스턴 대학교 런던, 데본 하우스, 세인트 캐서린 독스, 런던, E1W 1LP, 영국
3Khoury 컴퓨터 과학 대학, Northeastern University, 440 Huntington Avenue, 202 West Village H Boston, MA 02115, USA
4NIC, DESY Zeuthen, Platanenallee 6, 15738 Zeuthen, 독일

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추상

운영자 제어 가능성은 SU(N)에서 임의의 단일체를 구현하는 능력을 의미하며 범용 양자 컴퓨팅의 전제 조건입니다. 제어 가능성 테스트는 외부 제어 수를 줄이기 위해 양자 장치 설계에 사용될 수 있습니다. 그러나 실제 사용은 큐비트 수에 따른 수치적 노력의 기하급수적 확장으로 인해 방해를 받습니다. 여기에서는 매개변수화된 양자 회로를 기반으로 하는 하이브리드 양자 고전 알고리즘을 고안합니다. 우리는 제어 가능성이 차원 표현성 분석을 통해 얻을 수 있는 독립 매개 변수의 수와 연결되어 있음을 보여줍니다. 가장 가까운 이웃 결합 및 로컬 제어를 사용하여 큐비트 배열에 알고리즘을 적용하는 예를 보여줍니다. 우리의 작업은 양자 칩의 자원 효율적인 설계에 대한 체계적인 접근 방식을 제공합니다.

주요 이미지: 로컬 제어를 통해 큐비트 배열에서 운영자 제어 가능성을 테스트하도록 설계된 파라메트릭 양자 회로의 단일 레이어.

인기 요약

제어 가능성은 시간의 함수로 변경할 수 있는 제어 필드를 사용하여 양자 시스템에서 가능한 모든 단일 연산을 구현할 수 있는지 여부를 알려줍니다. 범용 양자 컴퓨팅에는 모든 양자 논리 연산을 실현할 수 있는 장치가 필요하기 때문에 이 속성은 큐비트 배열에 중요합니다. 모든 제어 필드는 물리적 공간을 차지하고 교정이 필요하며 잠재적으로 잡음의 원인이 되므로 양자 장치가 커짐에 따라 제어 및 큐비트 결합이 가능한 적은 장치 설계를 찾는 것이 필수적입니다. 제어성 테스트는 이러한 목표를 달성하는 데 도움이 될 수 있습니다.

여기서는 양자 장치에 대한 측정과 고전적 계산을 결합한 하이브리드 양자-고전 테스트를 제시합니다. 우리의 알고리즘은 일부 논리 게이트가 다른 매개 변수에 의존하는 부울 회로의 양자 대응인 파라메트릭 양자 회로의 개념을 기반으로 합니다. 우리는 차원 표현성 분석을 활용하여 회로에서 중복되고 제거될 수 있는 모든 매개변수를 식별합니다. 우리는 모든 큐비트 배열에 대해 독립 매개변수의 수가 원래 양자 시스템의 제어 가능성을 반영하도록 파라메트릭 양자 회로를 정의할 수 있음을 보여줍니다.

우리는 이 테스트가 이러한 회로를 연구하고 더 큰 차원으로 확장할 수 있는 제어 가능한 양자 장치를 설계하는 데 유용한 도구를 제공할 수 있기를 바랍니다.

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