論文の概要: Near-Term Spin-Qubit Architecture Design via Multipartite Maximally-Entangled States
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.12874v1
- Date: Tue, 17 Dec 2024 12:55:40 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-12-18 13:58:02.898605
- Title: Near-Term Spin-Qubit Architecture Design via Multipartite Maximally-Entangled States
- Title(参考訳): マルチパーティイト最大絡み合い状態による短期スピンキュービットアーキテクチャ設計
- Authors: Nikiforos Paraskevopoulos, Matthew Steinberg, Brennan Undseth, Xiao Xue, Aritra Sarkar, Lieven M. K. Vandersypen, Sebastian Feld,
- Abstract要約: 回路レベルの忠実度測定とともに、真の多部量子絡み合いの質を確認する4つの指標を導入する。
我々は,スピンキュービットデバイスの期待するハードウェア特性と適切なコンパイル手法を組み合わせたシミュレーションを考案した。
疎結合なスピン量子格子は、我々の測定値と最も高接続のデバイスアーキテクチャの値に匹敵する値に近づくことができる。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 1.589509357008938
- License:
- Abstract: The design and benchmarking of quantum computer architectures traditionally rely on practical hardware restrictions, such as gate fidelities, control, and cooling. At the theoretical and software levels, numerous approaches have been proposed for benchmarking quantum devices, ranging from, inter alia, quantum volume to randomized benchmarking. In this work, we utilize the quantum information-theoretic properties of multipartite maximally-entangled quantum states, in addition to their correspondence with quantum error correction codes, permitting us to quantify the entanglement generated on near-term bilinear spin-qubit architectures. For this aim, we introduce four metrics which ascertain the quality of genuine multipartite quantum entanglement, along with circuit-level fidelity measures. As part of the task of executing a quantum circuit on a device, we devise simulations which combine expected hardware characteristics of spin-qubit devices with appropriate compilation techniques; we then analyze three different architectural choices of varying lattice sizes for bilinear arrays, under three increasingly realistic noise models. We find that if the use of a compiler is assumed, sparsely-connected spin-qubit lattices can approach comparable values of our metrics to those of the most highly-connected device architecture. Even more surprisingly, by incorporating crosstalk into our last noise model, we find that, as error rates for crosstalk approach realistic values, the benefits of utilizing a bilinear array with advanced connectivity vanish. Our results highlight the limitations of adding local connectivity to near-term spin-qubit devices, and can be readily adapted to other qubit technologies. The framework developed here can be used for analyzing quantum entanglement on a device before fabrication, informing experimentalists on concomitant realistic expectations.
- Abstract(参考訳): 量子コンピュータアーキテクチャの設計とベンチマークは、伝統的にゲートの忠実性、制御、冷却といった実用的なハードウェアの制約に依存していた。
理論的およびソフトウェアレベルでは、インターエイリアス、量子ボリュームからランダム化ベンチマークまで、量子デバイスをベンチマークするための多くのアプローチが提案されている。
本研究では,多部量子状態の量子情報理論特性を利用し,量子誤り訂正符号との対応に加えて,近距離双線形スピン量子ビットアーキテクチャ上で発生する絡み合いの定量化を可能にする。
この目的のために,本研究では,回路レベルの忠実度測定とともに,真の多部量子絡み合いの質を確認する4つの指標を紹介する。
デバイス上で量子回路を実行するタスクの一環として,スピンキュービットデバイスの期待するハードウェア特性と適切なコンパイル手法を組み合わせたシミュレーションを考案し,さらに,より現実的な3つのノイズモデルの下で,バイリニアアレイの格子サイズの異なる3つの異なるアーキテクチャ選択を解析した。
コンパイラの使用を仮定すると、疎結合のスピン量子格子は、最も高接続のデバイスアーキテクチャのそれと同等の値に近づくことができる。
さらに驚くべきことに、クロストークを最後のノイズモデルに組み込むことで、クロストークのエラー率が現実的な値に近づくにつれ、高度な接続性を備えたバイリニアアレイを利用することの利点がなくなる。
この結果から,短期的なスピン量子デバイスへのローカル接続の限界が強調され,他の量子ビット技術にも容易に対応できることがわかった。
ここで開発されたフレームワークは、製造前にデバイス上の量子エンタングルメントを分析するのに使用することができ、実験者が共謀的な現実的な期待について伝えることができる。
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