論文の概要: Supercomputer simulations of transmon quantum computers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2008.13490v1
- Date: Mon, 31 Aug 2020 11:07:02 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-04 05:44:04.509145
- Title: Supercomputer simulations of transmon quantum computers
- Title（参考訳）: トランスモン量子コンピュータのスーパーコンピュータシミュレーション
- Authors: Dennis Willsch
- Abstract要約: 超伝導トランスモン量子ビットからなる量子コンピュータのシミュレータを開発した。
最大16個のトランスモンと共振器のシミュレーション結果を示す。
また、孤立系からリンドブラッドマスター方程式によって支配される開量子系への遷移を実証する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We develop a simulator for quantum computers composed of superconducting
transmon qubits. The simulation model supports an arbitrary number of transmons
and resonators. Quantum gates are implemented by time-dependent pulses.
Nontrivial effects such as crosstalk, leakage to non-computational states,
entanglement between transmons and resonators, and control errors due to the
pulses are inherently included. The time evolution of the quantum computer is
obtained by solving the time-dependent Schr\"odinger equation. The simulation
algorithm shows excellent scalability on high-performance supercomputers. We
present results for the simulation of up to 16 transmons and resonators.
Additionally, the model can be used to simulate environments, and we
demonstrate the transition from an isolated system to an open quantum system
governed by a Lindblad master equation. We also describe a procedure to extract
model parameters from electromagnetic simulations or experiments. We compare
simulation results to experiments on several NISQ processors of the IBM Q
Experience. We find nearly perfect agreement between simulation and experiment
for quantum circuits designed to probe crosstalk in transmon systems. By
studying common gate metrics such as the fidelity or the diamond distance, we
find that they cannot reliably predict the performance of repeated gate
applications or practical quantum algorithms. As an alternative, we find that
the results from two-transmon gate set tomography have an exceptional
predictive power. Finally, we test a protocol from the theory of quantum error
correction and fault tolerance. We find that the protocol systematically
improves the performance of transmon quantum computers in the presence of
characteristic control and measurement errors.
- Abstract（参考訳）: 超伝導トランスモン量子ビットからなる量子コンピュータのシミュレータを開発した。
シミュレーションモデルは任意の数のトランスモンと共振器をサポートする。
量子ゲートは時間依存パルスによって実装される。
クロストーク、非計算状態へのリーク、トランモンと共振器の絡み合い、パルスによる制御エラーなどの非自明な効果が本質的に含まれている。
量子コンピュータの時間発展は、時間依存schr\"odinger方程式を解いて得られる。
シミュレーションアルゴリズムは高性能スーパーコンピュータのスケーラビリティに優れる。
最大16個のトランスモンと共振器のシミュレーション結果を示す。
さらに、このモデルは環境をシミュレートするために使用することができ、孤立系からリンドブラッドマスター方程式によって支配されるオープン量子系への遷移を示す。
また,電磁シミュレーションや実験からモデルパラメータを抽出する手法について述べる。
シミュレーション結果を,IBM Q Experience の NISQ プロセッサの実験と比較した。
我々は、トランスモン系におけるクロストークを探索する量子回路のシミュレーションと実験のほぼ完全な一致を見出した。
忠実度やダイヤモンド距離などの共通のゲート距離を調べることで、繰り返しゲートアプリケーションや実用的な量子アルゴリズムの性能を確実に予測できないことが分かる。
代替として、2つのトランスモンゲートセットトモグラフィの結果は例外的な予測力を持つことがわかった。
最後に,量子誤差補正とフォールトトレランスの理論に基づくプロトコルをテストする。
このプロトコルは,特性制御や測定誤差の存在下で,トランスモン量子コンピュータの性能を体系的に向上させる。
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