論文の概要: Modular quantum processor with an all-to-all reconfigurable router

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2407.20134v1
• Date: Mon, 29 Jul 2024 16:02:03 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-07-30 13:05:24.791666
• Title: Modular quantum processor with an all-to-all reconfigurable router
• Title（参考訳）: オール・ツー・オール再構成可能なルータを用いたモジュラ量子プロセッサ
• Authors: Xuntao Wu, Haoxiong Yan, Gustav Andersson, Alexander Anferov, Ming-Han Chou, Christopher R. Conner, Joel Grebel, Yash J. Joshi, Shiheng Li, Jacob M. Miller, Rhys G. Povey, Hong Qiao, Andrew N. Cleland,
• Abstract要約: オンオフ比が大きい再構成可能なオール・ツー・オール結合をサポートする高速オンチップ量子プロセッサを提案する。 すべての量子ビット対にまたがる再構成可能な制御Zゲートを実証し、ベンチマーク平均忠実度は96.00%pm0.08%$である。 GHZ-3 と GHZ-4 の状態をそれぞれ 8.15%pm0.24% と 7.5.18%pm0.11% の忠実度で示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 34.39074227074929
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Superconducting qubits provide a promising approach to large-scale fault-tolerant quantum computing. However, qubit connectivity on a planar surface is typically restricted to only a few neighboring qubits. Achieving longer-range and more flexible connectivity, which is particularly appealing in light of recent developments in error-correcting codes, however usually involves complex multi-layer packaging and external cabling, which is resource-intensive and can impose fidelity limitations. Here, we propose and realize a high-speed on-chip quantum processor that supports reconfigurable all-to-all coupling with a large on-off ratio. We implement the design in a four-node quantum processor, built with a modular design comprising a wiring substrate coupled to two separate qubit-bearing substrates, each including two single-qubit nodes. We use this device to demonstrate reconfigurable controlled-Z gates across all qubit pairs, with a benchmarked average fidelity of $96.00\%\pm0.08\%$ and best fidelity of $97.14\%\pm0.07\%$, limited mainly by dephasing in the qubits. We also generate multi-qubit entanglement, distributed across the separate modules, demonstrating GHZ-3 and GHZ-4 states with fidelities of $88.15\%\pm0.24\%$ and $75.18\%\pm0.11\%$, respectively. This approach promises efficient scaling to larger-scale quantum circuits, and offers a pathway for implementing quantum algorithms and error correction schemes that benefit from enhanced qubit connectivity.
• Abstract（参考訳）: 超伝導量子ビットは、大規模フォールトトレラント量子コンピューティングに対する有望なアプローチを提供する。 しかし、平面上のqubit接続は通常、隣接する数個のqubitに制限される。 より長距離で柔軟な接続を実現することは、特に最近のエラー訂正コードの発展に照らして、特に魅力的であるが、通常は複雑な多層パッケージングと外部キャベリングが関係しており、リソース集約であり、フィデリティの制限が課せられる。 そこで我々は,大規模なオンオフ比で再構成可能なオールツーオール結合をサポートする高速オンチップ量子プロセッサを提案し,実現した。 本設計は,2つの単一量子ビットノードを含む2つの異なる量子ビットを持つ基板に結合した配線基板からなるモジュラー設計で構築された4ノード量子プロセッサに実装する。 この装置を用いて、全てのキュービット対における再構成可能な制御Zゲートを、ベンチマーク平均忠実度が9.6.00\%\pm0.08\%$、最良の忠実度が9.7.14\%\pm0.07\%$で示す。 また,GHZ-3 と GHZ-4 がそれぞれ 8.15\%\pm0.24\%$ と 7.18\%\pm0.11\%$ の忠実度を持つことを示す。 このアプローチは、より大規模な量子回路への効率的なスケーリングを約束し、量子アルゴリズムと量子ビット接続の強化によるエラー訂正スキームを実装するための経路を提供する。

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