論文の概要: Co-Designed Architectures for Modular Superconducting Quantum Computers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2205.04387v3
- Date: Wed, 19 Oct 2022 21:37:37 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-13 20:29:52.091243
- Title: Co-Designed Architectures for Modular Superconducting Quantum Computers
- Title（参考訳）: モジュラー超伝導量子コンピュータのための共設計アーキテクチャ
- Authors: Evan McKinney, Mingkang Xia, Chao Zhou, Pinlei Lu, Michael Hatridge,
Alex K. Jones
- Abstract要約: ノイズ、中間スケール量子(NISQ)コンピュータは、古典的コンピューティングよりも量子上の優位性を示すことができる。
超伝導非対称誘導型eLement変調器を用いた共設計超伝導量子コンピュータを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.415999158941119
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Noisy, Intermediate Scale Quantum (NISQ) computers have reached the point
where they can show the potential for quantum advantage over classical
computing. Unfortunately, NISQ machines introduce sufficient noise that even
for moderate size quantum circuits the results can be unreliable. We propose a
co-designed superconducting quantum computer using a Superconducting Nonlinear
Asymmetric Inductive eLement (SNAIL) modulator. The SNAIL modulator is designed
by considering both the ideal fundamental qubit gate operation while maximizing
the qubit coupling capabilities. First, the SNAIL natively implements
$\sqrt[n]{\texttt{iSWAP}}$ gates realized through proportionally scaled pulse
lengths. This naturally includes $\sqrt{\texttt{iSWAP}}$, which provides an
advantage over $\texttt{CNOT}$ as a basis gate. Second, the SNAIL enables
high-degree couplings that allow rich and highly parallel qubit connection
topologies without suffering from frequency crowding. Building on our
previously demonstrated SNAIL-based quantum state router we propose a quantum
4-ary tree and a hypercube inspired corral built from interconnected quantum
modules. We compare their advantage in data movement based on necessary
\texttt{SWAP} gates to the traditional lattice and heavy-hex lattice used in
latest commercial quantum computers. We demonstrate the co-design advantage of
our SNAIL-based machine with $\sqrt{\texttt{iSWAP}}$ basis gates and rich
topologies against $\texttt{CNOT}$/heavy-hex and $\texttt{FSIM}$/lattice for
16-20 qubit and extrapolated designs circa 80 qubit architectures. We compare
total circuit time and total gate count to understand fidelity for systems
dominated by decoherence and control imperfections, respectively. Finally, we
provide a gate duration sensitivity study on further decreasing the SNAIL pulse
length to realize $\sqrt[n]{\texttt{iSWAP}}$ qubit systems to reduce
decoherence times.
- Abstract（参考訳）: ノイズ、中間スケール量子(NISQ)コンピュータは、古典的コンピューティングよりも量子上の優位性を示すことができる。
残念なことに、NISQマシンは十分なノイズを導入し、中程度の量子回路でも信頼性が低い。
超伝導非線形誘導型eLement変調器(SNAIL)を用いた共設計超伝導量子コンピュータを提案する。
SNAIL変調器は、理想的な基本クビットゲート演算の両方を考慮して設計され、クビット結合能力を最大化する。
まず、SNAILは比例スケールしたパルス長によって実現された$\sqrt[n]{\texttt{iSWAP}}$ゲートをネイティブに実装する。
これは自然に$\sqrt{\texttt{iswap}}$を含み、基底ゲートとして$\texttt{cnot}$よりも有利である。
第2に、SNAILは周波数混雑に悩まされることなく、リッチかつ高並列な量子ビット接続トポロジーを可能にする。
以前に実証したSNAILベースの量子状態ルータをベースとして,相互接続型量子モジュールから構築した量子4進木とハイパーキューブにインスパイアされたコラールを提案する。
データ移動におけるその利点は、最新の商用量子コンピュータで使用される従来の格子と重いヘックス格子と、必要な \texttt{swap} ゲートに基づいて比較する。
我々は16-20量子ビットおよび余分な設計のために$\sqrt{\texttt{iswap}}$基底ゲートと$\texttt{cnot}$/heavy-hexと$\texttt{fsim}$/latticeに対してリッチトポロジを持つsnailベースのマシンの共設計の利点を実証する。
我々は,デコヒーレンスと制御不完全性に支配されるシステムの忠実度を理解するために,総回路時間と総ゲート数を比較した。
最後に、SNAILパルス長をさらに小さくして$\sqrt[n]{\texttt{iSWAP}}$ qubitシステムを実現し、デコヒーレンス時間を短縮するためのゲート持続感度の研究を行う。
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