論文の概要: Conveyor-belt superconducting quantum computer
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.11782v1
- Date: Mon, 16 Dec 2024 13:51:28 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-12-17 13:54:56.163165
- Title: Conveyor-belt superconducting quantum computer
- Title（参考訳）: コンベヤベルト超伝導量子コンピュータ
- Authors: Francesco Cioni, Roberto Menta, Riccardo Aiudi, Marco Polini, Vittorio Giovannetti,
- Abstract要約: 本稿では,グローバルな(ローカルではなく)グローバルな量子コンピュータのための新しい量子処理ユニット(QPU)を提案する。
我々のQPUは、常にオンのZZ相互作用を持つ超伝導量子ビットの列に依存しており、閉幾何に囲まれている。
単一のステップでマルチキュービット操作を実行する能力は、多くのアルゴリズムの忠実度と実行時間を大幅に改善する可能性がある。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.46603287532620735
- License:
- Abstract: The processing unit of a solid-state quantum computer consists in an array of coupled qubits, each locally driven with on-chip microwave lines that route carefully-engineered control signals to the qubits in order to perform logical operations. This approach to quantum computing comes with two major problems. On the one hand, it greatly hampers scalability towards fault-tolerant quantum computers, which are estimated to need a number of qubits -- and, therefore driving lines -- on the order of $10^6$. On the other hand, these lines are a source of electromagnetic noise, exacerbating frequency crowding and crosstalk, while also contributing to power dissipation inside the dilution fridge. We here tackle these two overwhelming challenges by presenting a novel quantum processing unit (QPU) for a universal quantum computer which is globally (rather than locally) driven. Our QPU relies on a string of superconducting qubits with always-on ZZ interactions, enclosed into a closed geometry, which we dub ``conveyor belt''. Strikingly, this architecture requires only $\mathcal{O}(N)$ physical qubits to run a computation on $N$ computational qubits, in contrast to previous $\mathcal{O}(N^2)$ proposals for global quantum computation. Additionally, universality is achieved via the implementation of single-qubit gates and a one-shot Toffoli gate. The ability to perform multi-qubit operations in a single step could vastly improve the fidelity and execution time of many algorithms.
- Abstract（参考訳）: 固体量子コンピュータの処理ユニットは、結合されたキュービットの配列で構成され、それぞれがオンチップマイクロ波線で局所的に駆動され、論理演算を行うために慎重に設計された制御信号をキュービットにルーティングする。
量子コンピューティングのこのアプローチには2つの大きな問題がある。
一方では、フォールトトレラントな量子コンピュータへのスケーラビリティを著しく損なう。
一方、これらの線は電磁ノイズの源であり、周波数の混雑とクロストークを悪化させ、希釈冷蔵庫内部の電力散逸に寄与する。
本稿では,グローバルな(ローカルではなく)グローバルな量子コンピュータのための新しい量子処理ユニット(QPU)を提案することで,これら2つの圧倒的な課題に対処する。
我々のQPUは、常にオンのZZ相互作用を持つ超伝導量子ビットの列に依存しており、閉幾何に包み込まれ、「凸ベルト」をダブする。
厳密に言うと、このアーキテクチャは、グローバル量子計算のための以前の$\mathcal{O}(N^2)$の提案とは対照的に、$N$計算量子ビット上で計算を実行するために$\mathcal{O}(N)$物理量子ビットしか必要としない。
さらに、単一キュービットゲートとワンショットトフォリゲートの実装によって普遍性が達成される。
単一のステップでマルチキュービット操作を実行する能力は、多くのアルゴリズムの忠実度と実行時間を大幅に改善する可能性がある。
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