論文の概要: Quantum computing hardware for HEP algorithms and sensing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2204.08605v3
• Date: Fri, 29 Apr 2022 13:38:59 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-16 09:02:04.128298
• Title: Quantum computing hardware for HEP algorithms and sensing
• Title（参考訳）: HEPアルゴリズムとセンシングのための量子コンピューティングハードウェア
• Authors: M. Sohaib Alam, Sergey Belomestnykh, Nicholas Bornman, Gustavo Cancelo, Yu-Chiu Chao, Mattia Checchin, Vinh San Dinh, Anna Grassellino, Erik J. Gustafson, Roni Harnik, Corey Rae Harrington McRae, Ziwen Huang, Keshav Kapoor, Taeyoon Kim, James B. Kowalkowski, Matthew J. Kramer, Yulia Krasnikova, Prem Kumar, Doga Murat Kurkcuoglu, Henry Lamm, Adam L. Lyon, Despina Milathianaki, Akshay Murthy, Josh Mutus, Ivan Nekrashevich, JinSu Oh, A. Bar{\i}\c{s} \"Ozg\"uler, Gabriel Nathan Perdue, Matthew Reagor, Alexander Romanenko, James A. Sauls, Leandro Stefanazzi, Norm M. Tubman, Davide Venturelli, Changqing Wang, Xinyuan You, David M. T. van Zanten, Lin Zhou, Shaojiang Zhu, Silvia Zorzetti
• Abstract要約: 量子情報科学は、量子力学の原理を利用して、現在のコンピュータプラットフォームで非常に難解な複雑な計算アルゴリズムを実現する。 FermilabのSuperconducting Quantum Materials and Systems (SQMS) Centerは、量子コンピューティングとセンシングのブレークスルーを提供する。 我々は,HEPアルゴリズムにおける2つの最も有望な超伝導量子アーキテクチャ,すなわち,平面デバイスに結合したトランスモンデバイスと超伝導3Dキャビティによって支持されるマルチレベルシステム(任意のNエネルギーレベルを持つ量子)について論じる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 36.67390040418004
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum information science harnesses the principles of quantum mechanics to realize computational algorithms with complexities vastly intractable by current computer platforms. Typical applications range from quantum chemistry to optimization problems and also include simulations for high energy physics. The recent maturing of quantum hardware has triggered preliminary explorations by several institutions (including Fermilab) of quantum hardware capable of demonstrating quantum advantage in multiple domains, from quantum computing to communications, to sensing. The Superconducting Quantum Materials and Systems (SQMS) Center, led by Fermilab, is dedicated to providing breakthroughs in quantum computing and sensing, mediating quantum engineering and HEP based material science. The main goal of the Center is to deploy quantum systems with superior performance tailored to the algorithms used in high energy physics. In this Snowmass paper, we discuss the two most promising superconducting quantum architectures for HEP algorithms, i.e. three-level systems (qutrits) supported by transmon devices coupled to planar devices and multi-level systems (qudits with arbitrary N energy levels) supported by superconducting 3D cavities. For each architecture, we demonstrate exemplary HEP algorithms and identify the current challenges, ongoing work and future opportunities. Furthermore, we discuss the prospects and complexities of interconnecting the different architectures and individual computational nodes. Finally, we review several different strategies of error protection and correction and discuss their potential to improve the performance of the two architectures. This whitepaper seeks to reach out to the HEP community and drive progress in both HEP research and QIS hardware.
• Abstract（参考訳）: 量子情報科学は、量子力学の原理を利用して、現在のコンピュータプラットフォームで非常に難解な複雑な計算アルゴリズムを実現する。 典型的な応用は量子化学から最適化問題、高エネルギー物理学のシミュレーションを含む。 最近の量子ハードウェアの成熟は、量子コンピューティングから通信、センシングまで、複数の領域で量子優位を示す量子ハードウェアのいくつかの機関(フェルミラブを含む)による予備的な探索の引き金となった。 フェルミラブが主導する超伝導量子材料・システムセンター(sqms)は、量子コンピューティングとセンシングのブレークスルーを提供し、量子工学とhepベースの物質科学を仲介する。 センターの主な目標は、高エネルギー物理学で使われるアルゴリズムに合わせた優れた性能の量子システムを展開することである。 本稿では,HEPアルゴリズムにおいて最も有望な2つの超伝導量子アーキテクチャ,すなわち,平面デバイスに結合したトランスモンデバイスと超伝導3Dキャビティをサポートするマルチレベルシステム(任意のNエネルギーレベルを持つ量子)について論じる。 それぞれのアーキテクチャについて、模範的なhepアルゴリズムを示し、現在の課題、進行中の作業、将来の機会を特定する。 さらに、異なるアーキテクチャと個々の計算ノードを相互接続する可能性や複雑さについても論じる。 最後に、エラーの保護と修正に関するいくつかの異なる戦略をレビューし、2つのアーキテクチャの性能改善の可能性について論じる。 このホワイトペーパーは、HEPコミュニティに手を差し伸べ、HEPリサーチとQISハードウェアの両方の進歩を推進することを目指している。

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