論文の概要: Multi-mode Cavity Centric Architectures for Quantum Simulation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2309.15994v1
• Date: Wed, 27 Sep 2023 20:16:44 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-09-29 18:58:47.480233
• Title: Multi-mode Cavity Centric Architectures for Quantum Simulation
• Title（参考訳）: 量子シミュレーションのための多モードキャビティCentric Architecture
• Authors: Samuel Stein, Fei Hua, Chenxu Liu, Charles Guinn, James Ang, Eddy Zhang, Srivatsan Chakram, Yufei Ding, Ang Li
• Abstract要約: 短期的な量子コンピューティング技術は、アルゴリズムを誘導する能力を妨げ、膨大な複雑さのオーバーヘッドに悩まされる。 量子シミュレーション(Quantum Simulation)は、量子コンピュータを用いて量子システムをシミュレートする手法である。 特に興味深い技術は、複数のキュービットを1つのデバイスに格納できるマルチモード超伝導共振器である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 12.40374538847457
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Near-term quantum computing technologies grapple with huge complexity overheads, hindering their ability to induce algorithms, necessitating engineering and scientific innovations. One class of problems of interest is Quantum Simulation, whereby quantum systems are simulated using a quantum computer. However, current devices are yet to surpass classical tensor network techniques. For problems of interest, where classical simulation techniques fail, large degrees of entanglement are required. Another challenge of implementing quantum simulation problems is that qubits sit idle whilst alternating simulation terms are implemented, exposing the system to decoherence. In the near term, 2D planar superconducting lattices of circuit-QED elements such as the transmon continue to draw substantial attention, but they are hindered by their nearest neighbor topology and relatively short lifespan, two problems that are problematic for quantum simulation. One technology of particular interest is the multi-mode superconducting resonator capable of storing multiple qubits in one device. We observe that these cavities have a natural virtual topology that aligns particularly well with quantum simulation problems, and exhibit much longer lifespans in comparison to other planar superconducting hardware. In this paper we present MUCIC, we discuss the simple integration of these devices into the current landscape and their implications to quantum simulation, motivated by their alignment to the quantum simulation problem, and potential as a quantum memory candidate. We report the development of MUCICs transpiler, leading to reductions of up to 82% in quantum simulation circuit depths. Additionally, our investigation demonstrates improvements of up to 19.4% in converged results from Variational Quantum Algorithms.
• Abstract（参考訳）: 短期量子コンピューティング技術は、膨大な複雑さのオーバーヘッドに対処し、アルゴリズムを誘導し、工学と科学の革新を必要とする能力を妨げている。 関心のある問題の1つのクラスは量子シミュレーションであり、量子システムは量子コンピュータを使ってシミュレーションされる。 しかし、現在のデバイスはまだ古典的なテンソルネットワーク技術を超えていない。 古典的なシミュレーション技術が失敗する問題に対しては、大きな絡み合いが必要となる。 量子シミュレーション問題を実装する別の課題は、量子ビットがアイドル状態にあり、交互にシミュレーション項が実装され、システムがデコヒーレンスに露呈することである。 近い将来、トランスモンなどの回路qed素子の2次元平面超伝導格子は大きな注目を集めるが、それらは近接トポロジーと比較的短い寿命によって妨げられ、量子シミュレーションに問題となる2つの問題となっている。 特に興味深い技術は、複数のキュービットを1つのデバイスに格納できるマルチモード超伝導共振器である。 これらのキャビティは、量子シミュレーション問題に特によく適合する自然な仮想トポロジを持ち、他の平面超伝導ハードウェアに比べて寿命が長いことが観察される。 本稿では,これらのデバイスが量子シミュレーション問題と整合し,量子メモリ候補としての可能性に動機づけられた,現在の風景への単純な統合とその量子シミュレーションへの影響について論じる。 我々は,MUCICsトランスパイラの開発を報告し,量子シミュレーション回路の深さを最大82%削減した。 さらに、変動量子アルゴリズムによる収束結果の最大19.4%の改善を実証した。

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