論文の概要: Multi-qubit time-varying quantum channels for NISQ-era superconducting
quantum processors
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2207.06838v2
- Date: Mon, 12 Sep 2022 15:11:38 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-05 01:30:08.445636
- Title: Multi-qubit time-varying quantum channels for NISQ-era superconducting
quantum processors
- Title（参考訳）: NISQ時代の超伝導量子プロセッサのためのマルチキュービット時変量子チャネル
- Authors: Josu Etxezarreta Martinez, Patricio Fuentes, Antonio deMarti iOlius,
Javier Garcia-Fr\'ias, Javier Rodr\'iguez Fonollosa and Pedro M. Crespo
- Abstract要約: マルチキュービット量子プロセッサ ibmq_quito, ibmq_belem, ibmq_lima, ibmq_santiago, ibmq_santiago の緩和時間の変動について検討した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.24466725954625884
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Recent experimental studies have shown that the relaxation time ($T_1$) and
the dephasing time ($T_2$) of superconducting qubits fluctuate considerably
over time. To appropriately consider this time-varying nature of the $T_1$ and
$T_2$ parameters, a new class of quantum channels, known as Time-Varying
Quantum Channels (TVQCs), has been proposed. In previous works, realizations of
multi-qubit TVQCs have been assumed to be equal for all the qubits of an error
correction block, implying that the random variables that describe the
fluctuations of $T_1$ and $T_2$ are block-to-block uncorrelated, but qubit-wise
perfectly correlated for the same block. Physically, the fluctuations of these
decoherence parameters are explained by the incoherent coupling of the qubits
with unstable near-resonant two-level-systems (TLS), which indicates that such
variations may be local to each of the qubits of the system. In this article,
we perform a correlation analysis of the fluctuations of the relaxation times
of multi-qubit quantum processors ibmq\_quito, ibmq\_belem, ibmq\_lima,
ibmq\_santiago and ibmq\_bogota. Our results show that it is reasonable to
assume that the fluctuations of the relaxation and dephasing times of
superconducting qubits are local to each of the qubits of the system. Based on
these results, we discuss the multi-qubit TVQCs when the fluctuations of the
decoherence parameters for an error correction block are qubit-wise
uncorrelated (as well as from block-to-block), a scenario we have named the
Fast Time-Varying Quantum Channel (FTVQC). Furthermore, we lower bound the
quantum capacity of general FTVQCs based on a quantity we refer to as the
ergodic quantum capacity. Finally, we use numerical simulations to study the
performance of quantum error correction codes (QECC) when they operate over
FTVQCs.
- Abstract（参考訳）: 最近の実験により、超伝導量子ビットの緩和時間(t_1$)と低下時間(t_2$)は時間とともにかなり変動することが示された。
この$t_1$と$t_2$パラメータの時変特性を適切に考慮するため、時変量子チャネル(tvqcs)として知られる新しい量子チャネルのクラスが提案されている。
以前の研究では、マルチキュービットtvqcの実現は誤り訂正ブロックの全てのキュービットに等しいと仮定されており、$t_1$ と $t_2$ の変動を記述する確率変数はブロック対ブロックとは無関係であるが、同じブロックに対して完全に相関していることを示している。
物理的には、これらのデコヒーレンスパラメータのゆらぎは、不安定な近共振2レベルシステム (tls) と量子ビットの不整合結合によって説明される。
本稿では,マルチキュービット量子プロセッサ ibmq\_quito, ibmq\_belem, ibmq\_lima, ibmq\_santiago, ibmq\_bogota の緩和時間の相関解析を行う。
この結果から,超伝導量子ビットの緩和時間と劣化時間のゆらぎが系の各量子ビットに局所的であると仮定することは妥当であることが示唆された。
これらの結果に基づき、誤り訂正ブロックのデコヒーレンスパラメータのゆらぎが(ブロックからブロックまでの)qubit-wise非相関である場合のマルチキュービットTVQCについて考察し、FTVQC(Fast Time-Varying Quantum Channel)と命名した。
さらに、エルゴード量子容量と呼ばれる量に基づいて、一般FTVQCの量子容量を下げる。
最後に,FTVQC上で動作する量子誤り訂正符号(QECC)の性能について,数値シミュレーションを用いて検討する。
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