論文の概要: Dynamic Cooling on Contemporary Quantum Computers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2401.09134v3
- Date: Wed, 25 Sep 2024 15:30:22 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-11-09 05:17:12.048323
- Title: Dynamic Cooling on Contemporary Quantum Computers
- Title（参考訳）: 現代量子コンピュータにおける動的冷却
- Authors: Lindsay Bassman Oftelie, Antonella De Pasquale, Michele Campisi,
- Abstract要約: 我々は,N-1$以上の同じ量子ビットを加熱することにより,ターゲット量子ビットを冷却する動的冷却の問題を考察した。
低温条件下では, 冷却に伴う作業コストが指数関数的に有利であることを示す。
そこで本研究では,少量の冷却能力を放棄することで,回路の複雑さを大幅に低減できる準最適冷却アルゴリズムを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We study the problem of dynamic cooling whereby a target qubit is cooled at the expense of heating up $N-1$ further identical qubits, by means of a global unitary operation. A standard back-of-the-envelope high temperature estimate establishes that the target qubit temperature can only be dynamically cooled by at most a factor of $1/\sqrt{N}$. Here, we provide the exact expression for the minimum temperature to which the target qubit can be cooled and reveal that there is a crossover from the high initial temperature regime where the scaling is in fact $1/\sqrt{N}$ to a low initial temperature regime where a much faster scaling of $1/N$ occurs. This slow $1/\sqrt{N}$ scaling, which was relevant for early high-temperature NMR quantum computers, is the reason dynamic cooling was dismissed as ineffectual around 20 years ago; the fact that current low-temperature quantum computers fall in the fast $1/N$ scaling regime, reinstates the appeal of dynamic cooling today. We further show that the associated work cost of cooling is exponentially more advantageous in the low temperature regime. We discuss the implementation of dynamic cooling in terms of quantum circuits and examine the effects of hardware noise. We successfully demonstrate dynamic cooling in a 3-qubit system on a real quantum processor. Since the circuit size grows quickly with $N$, scaling dynamic cooling to larger systems on noisy devices poses a challenge. We therefore propose a suboptimal cooling algorithm, whereby relinquishing a small amount of cooling capability results in a drastically reduced circuit complexity, greatly facilitating the implementation of dynamic cooling on near-future quantum computers.
- Abstract（参考訳）: 我々は,大域的ユニタリ演算を用いて,N-1$以上の同一量子ビットを加熱することにより,ターゲット量子ビットを冷却する動的冷却の問題を考察した。
標準的なバック・オブ・ザ・エンベロープの高温推定では、目標量子ビット温度は少なくとも1/\sqrt{N}$の係数で動的に冷却できる。
ここでは、ターゲット量子ビットを冷却できる最小温度の正確な式を提供し、スケーリングが実際に1/\sqrt{N}$である高い初期温度状態から、はるかに高速なスケーリングが1/N$となる低い初期温度状態へのクロスオーバーが存在することを明らかにする。
この遅い1/\sqrt{N}$スケールは、初期の高温NMR量子コンピュータに関係していたが、20年ほど前に動的冷却が非効率であった理由である。
さらに,低温条件下では,冷却に伴う作業コストが指数関数的に有利であることを示す。
本稿では,量子回路の動的冷却の実装について検討し,ハードウェアノイズの影響について検討する。
実量子プロセッサ上での3量子系における動的冷却の実証に成功した。
回路サイズは$N$で急速に大きくなるため、ノイズの多いデバイス上の大規模システムへの動的冷却のスケーリングは困難である。
そこで本研究では,少数の冷却能力の放棄によって回路の複雑化が大幅に低減され,近未来の量子コンピュータにおける動的冷却の実現が大幅に促進される準最適冷却アルゴリズムを提案する。
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