論文の概要: Practical implications of SFQ-based two-qubit gates

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2202.01411v1
• Date: Thu, 3 Feb 2022 05:05:24 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-26 23:14:27.294760
• Title: Practical implications of SFQ-based two-qubit gates
• Title（参考訳）: SFQを用いた2量子ゲートの実用化
• Authors: Mohammad Reza Jokar, Richard Rines, Frederic T. Chong
• Abstract要約: 今日の超伝導量子コンピュータのスケーラビリティは、室温からキュービット当たりのマイクロ波制御パルスを発生/出力する膨大なコストのために制限されている。 産業とアカデミックの両方で活発な研究領域は、量子コンピュータのスケーラビリティを高めるために古典的なコントローラを希釈冷蔵庫に押し込むことである。 Superconducting Single Flux Quantum (SFQ) は、消費電力が低く超高速な古典論理技術である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.4982242928569405
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Scalability of today's superconducting quantum computers is limited due to the huge costs of generating/routing microwave control pulses per qubit from room temperature. One active research area in both industry and academia is to push the classical controllers to the dilution refrigerator in order to increase the scalability of quantum computers. Superconducting Single Flux Quantum (SFQ) is a classical logic technology with low power consumption and ultra-high speed, and thus is a promising candidate for in-fridge classical controllers with maximized scalability. Prior work has demonstrated high-fidelity SFQ-based single-qubit gates. However, little research has been done on SFQ-based multi-qubit gates, which are necessary to realize SFQ-based universal quantum computing. In this paper, we present the first thorough analysis of SFQ-based two-qubit gates. Our observations show that SFQ-based two-qubit gates tend to have high leakage to qubit non-computational subspace, which presents severe design challenges. We show that despite these challenges, we can realize gates with high fidelity by carefully designing optimal control methods and qubit architectures. We develop optimal control methods that suppress leakage, and also investigate various qubit architectures that reduce the leakage. After carefully engineering our SFQ-friendly quantum system, we show that it can achieve similar gate fidelity and gate time to microwave-based quantum systems. The promising results of this paper show that (1) SFQ-based universal quantum computation is both feasible and effective; and (2) SFQ is a promising approach in designing classical controller for quantum machines because it can increase the scalability while preserving gate fidelity and performance.
• Abstract（参考訳）: 今日の超伝導量子コンピュータのスケーラビリティは、室温からキュービット当たりのマイクロ波制御パルスを発生/出力する膨大なコストのために制限されている。 産業とアカデミックの両方で活発な研究領域は、量子コンピュータのスケーラビリティを高めるために古典的なコントローラを希釈冷蔵庫に押し込むことである。 Superconducting Single Flux Quantum (SFQ) は、消費電力が低く、超高速な古典論理技術であり、スケーラビリティを最大化した古典的コントローラの候補として期待できる。 以前の研究では、sfqベースのシングルキュービットゲートが実証されている。 しかし、SFQベースの普遍量子コンピューティングを実現するために必要なSFQベースのマルチキュービットゲートについてはほとんど研究されていない。 本稿では,SFQを用いた2ビットゲートの網羅的な解析を行う。 SFQをベースとした2量子ゲートは, 量子非計算部分空間に高いリーク率を示す傾向にあり, 設計上の課題も深刻である。 これらの課題にもかかわらず、最適な制御方法とキュービットアーキテクチャを慎重に設計することにより、高い忠実度を持つゲートを実現することができる。 リークを抑制する最適制御法を開発し、リークを低減する様々なキュービットアーキテクチャについても検討する。 sfqフレンドリーな量子システムを慎重に設計した後、マイクロ波ベースの量子システムと同様のゲート忠実性とゲート時間を達成できることを示します。 本稿では,(1)sfqベースのユニバーサル量子計算は実現可能かつ効果的であり,(2)sfqはゲート忠実性と性能を保ちながらスケーラビリティを向上させることができるため,量子マシンの古典型コントローラの設計において有望な手法であることを示す。

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