論文の概要: Characterization of entanglement on superconducting quantum computers of up to 414 qubits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2312.15170v2
• Date: Fri, 04 Oct 2024 02:11:51 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-10-07 15:06:57.513298
• Title: Characterization of entanglement on superconducting quantum computers of up to 414 qubits
• Title（参考訳）: 最大414量子ビットの超伝導量子コンピュータにおける絡み合いのキャラクタリゼーション
• Authors: John F Kam, Haiyue Kang, Charles D Hill, Gary J Mooney, Lloyd C L Hollenberg,
• Abstract要約: 我々はGHZ(Greenberger-Horne-Zeilinger)の絡み合いとIBMの量子デバイス上でのグラフ状態について検討する。 0.519 pm 0.014$のGHZ忠実度は32量子GHZ状態で測定され、その真のマルチパーティライト絡み(GME)が証明される。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: As quantum technology advances and the size of quantum computers grow, it becomes increasingly important to understand the extent of quality in the devices. As large-scale entanglement is a quantum resource crucial for achieving quantum advantage, the challenge in its generation makes it a valuable benchmark for measuring the performance of universal quantum devices. In this work, we study entanglement in Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) and graph states prepared on the range of IBM Quantum devices. We generate GHZ states and investigate their coherence times with respect to state size and dynamical decoupling techniques. A GHZ fidelity of $0.519 \pm 0.014$ is measured on a 32-qubit GHZ state, certifying its genuine multipartite entanglement (GME). We show a substantial improvement in GHZ decoherence rates for a 7-qubit GHZ state after implementing dynamical decoupling, and observe a linear trend in the decoherence rate of $\alpha=(7.13N+5.54)10^{-3}\mu s^{-1}$ for up to $N=15$ qubits, confirming the absence of superdecoherence. Additionally, we prepare and characterize fully bipartite entangled native graph states on 22 superconducting quantum devices with qubit counts as high as 414 qubits, all active qubits of the 433-qubit IBM Osprey device. Analysis of the decay of 2-qubit entanglement within the prepared states shows suppression of coherent noise signals with the implementation of dynamical decoupling techniques. Additionally, we observe that the entanglement in some qubit pairs oscillates over time, which is likely caused by residual ZZ-interactions. Characterizing entanglement in native graph states, along with detecting entanglement oscillations, can be an effective approach to low-level device benchmarking that encapsulates 2-qubit error rates along with additional sources of noise, with possible applications to quantum circuit compilation.
• Abstract（参考訳）: 量子技術が進歩し、量子コンピュータのサイズが大きくなるにつれて、デバイスの品質の程度を理解することがますます重要になる。 大規模絡み合いは量子優位を達成するために不可欠な量子資源であるため、その生成における課題は、普遍的な量子デバイスの性能を測定するための貴重なベンチマークとなる。 本稿では,GHZ(Greenberger-Horne-Zeilinger)の絡み合いと,IBMの量子デバイス上で用意されたグラフ状態について検討する。 我々はGHZ状態を生成し、状態サイズと動的デカップリング技術に関するコヒーレンス時間を調べる。 0.519 \pm 0.014$のGHZ忠実度は32キュービットのGHZ状態で測定され、その真のマルチパーティライト絡み(GME)が証明される。 動的デカップリング実装後の7-qubit GHZ状態のGHZデコヒーレンス率を大幅に改善し, 最大$N=15$ qubitsに対して$\alpha=(7.13N+5.54)10^{-3}\mu s^{-1}$のデコヒーレンス率の線形傾向を観測し, 超デコヒーレンスの有無を確認する。 さらに、433量子ビットのIBM Ospreyデバイスの量子ビット数が最大414量子ビットである22個の超伝導量子デバイス上で、完全に二部交絡したネイティブグラフ状態を作成し、特徴付ける。 準備状態における2量子絡み合いの減衰の解析は、動的デカップリングによるコヒーレントノイズ信号の抑制を示す。 さらに、いくつかの量子ビット対の絡み合いは時間とともに振動し、これはZZ-相互作用の残留によって引き起こされると考えられる。 ネイティブグラフ状態の絡み合いを特徴づけることと、絡み合いの振動を検出することは、2量子ビットエラー率と追加のノイズ源をカプセル化した低レベルのデバイスベンチマークへの効果的なアプローチであり、量子回路のコンパイルへの応用が期待できる。

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