JP2020530619A - 表面符号誤り訂正のためのキュービットグリッドにおける寄生相互作用の低減 - Google Patents
表面符号誤り訂正のためのキュービットグリッドにおける寄生相互作用の低減 Download PDFInfo
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Abstract
Description
図1は、例示的な量子コンピューティングシステム100のブロック図である。例示的な量子コンピューティングシステム100は、(白抜きの円および塗りつぶされた円として表された)複数のキュービット102と、キュービットコントローラモジュール104とを含む。例示的な量子コンピューティングシステム100は、量子アルゴリズム的な動作、シミュレーション、または計算を実行するために使用され得る、システムの一例である。
便宜上、図2〜図4を参照しながら以下で提供する本開示について、データキュービットと測定キュービットとの間の最近接相互作用を定義するキュービット結合器を介して相互作用する、複数のデータキュービットと複数の測定キュービットとを含む、複数のキュービットのシステムを参照しながら説明する。ただし、これは、本明細書で説明する技法を使用してプログラムされ、動作させられ得る、キュービットのシステムの一例である。たとえば、いくつかの実装形態では、以下の技法は、データまたは測定キュービットの間で区別しないキュービットのシステムをプログラムし、動作させるために使用され得る。たとえば、キュービットのシステムが、量子アルゴリズム、たとえば、スプレマシーアルゴリズムを実行するために使用される場合には、キュービットは区別不可能であり得る。データキュービットと測定キュービットとを区別することが必要とされない設定では、以下の配置およびプロセスが依然として使用され得る。
便宜上、図5〜図8を参照しながら説明する技法は、データキュービットと測定キュービットとの間の最近接相互作用を定義するキュービット結合器を介して相互作用する、複数のデータキュービットと複数の測定キュービットとを含む、複数のキュービットのシステムに関する。ただし、これは、以下の技法を使用してプログラムされ、動作させられ得る、キュービットのシステムの一例である。たとえば、いくつかの実装形態では、以下の技法は、データまたは測定キュービットの間で区別しないキュービットのシステムをプログラムし、動作させるために使用され得る。たとえば、キュービットのシステムが、量子アルゴリズム、たとえば、スプレマシーアルゴリズムを実行するために使用される場合には、キュービットは区別不可能であり得る。データキュービットと測定キュービットとを区別することが必要とされない設定では、以下の技法および配置が依然として使用され得る。
いくつかの設定では、量子コンピュータは、従来の古典的なコンピュータを使用して効率的に解決されないことがあるいくつかの問題を効率的に解決するための手段を提供することができる。例示的な問題は、極めて大きい数をそれらの素数に因数分解すること、および、大きい、構築されていないデータセットを探索することを含む。しかしながら、イオンのシステム、半導体におけるスピン、および超電導回路などの物理的なシステムは、量子コンピューティングデバイスにおける計算キュービットとして直接働くために、常に十分に良好に実行するとは限らないことがある。
演算子の積を含む。たとえば、スタビライザ1102は、
102、116、118、610、612、1104、1106 キュービット
104 キュービットコントローラモジュール、キュービットコントローラ
106 もつれ動作周波数
108 キュービット動作周波数
110 励起パルス発生器
112 2次元グリッド、グリッド
114 キュービット結合器
120 寄生結合
122 キュービット周波数制御ライン
124 励起駆動ライン
126 結合器
300、350 概略データキュービット周波数パターン
302 データキュービット、第1のデータキュービット、キュービット
304 キュービット、第2のデータキュービット、データキュービット
306 第3のデータキュービット、データキュービット、キュービット
308 第5のデータキュービット、データキュービット
310 第4のデータキュービット、データキュービット
352、354、356、358、360、614、616 データキュービット
400 データキュービット周波数および測定キュービット周波数、例示
402 データキュービット周波数
404 相互作用周波数
406 測定キュービット周波数
408 読出しおよびリセット周波数
410、412、414 周波数範囲
416 追加の読出しおよびリセット周波数
600 2次元キュービットグリッド、2次元グリッド、第1のキュービットの2次元アレイ、キュービットの2次元アレイ、2次元アレイ、第1の例示的なキュービットの2次元アレイ、キュービットアレイ
602 グループ、キュービットペア、サブセット
604、606、652、654、656、658 キュービットペア、サブセット
608 グループ
624 キュービットペア
618、620 測定キュービット
622 キュービットペア、ペア
626、628、630 矢印
650 2次元グリッド、第2のキュービットの2次元アレイ、キュービットの2次元アレイ、2次元アレイ、アレイ、第2の例示的なキュービットの2次元アレイ、キュービットアレイ、2次元キュービットグリッド
700、800 プロット
702 制御Z量子ゲート周波数軌跡、周波数軌跡
900 例示的な量子回路
952 第1のアダマールゲート、アダマール量子論理ゲート
956 第1のもつれ動作、もつれ動作
958 第2のアダマールゲート、アダマール量子論理ゲート
960 第2のもつれ動作、もつれ動作
962 第3のもつれ動作、もつれ動作
964 第5のアダマールゲート、アダマール量子論理ゲート
966 第4のもつれ動作、もつれ動作
968 第6のアダマールゲート、アダマール量子論理ゲート
970 測定動作
972 第3のアダマールゲート、アダマールゲート、アダマール量子論理ゲート
974 第4のアダマールゲート、アダマールゲート、アダマール量子論理ゲート
1000 符号誤り検出サイクル、プロセス
1100 表面符号の例示的な実装形態、例示的な実装形態
1102 スタビライザ
Claims (44)
- 表面符号誤り検出サイクルを実行するための方法であって、
2次元グリッドとして配置された、複数のデータキュービットおよび複数の測定キュービットを備えるシステムからの、複数の測定キュービットを初期化するステップであって、前記グリッド内の前記複数のデータキュービットのうちの各データキュービットが、それぞれのキュービット結合器を通して、近隣の測定キュービットに結合される、ステップと、
前記初期化された測定キュービットに、アダマール量子論理ゲートを適用するステップと、
第1のセットのペアリングされた測定およびデータキュービット上で、複数のもつれ動作を実行するステップであって、前記第1のセットのペアリングされた測定およびデータキュービットにおける各ペアが、第1の方向における近隣のデータキュービットに結合された測定キュービットを備える、ステップと、
第2のセットのペアリングされた測定およびデータキュービットに対して、複数のもつれ動作を実行するステップであって、前記第2のセットのペアリングされた測定およびデータキュービットにおける各ペアが、第2または第3の方向における近隣のデータキュービットに結合された測定キュービットを備え、前記第2および第3の方向が、前記第1の方向と反対であり、前記第2の方向が、前記第3の方向と反対である、ステップと、
第3のセットのペアリングされた測定およびデータキュービットに対して、複数のもつれ動作を実行するステップであって、前記第3のセットのペアリングされた測定およびデータキュービットにおける各ペアが、第4の方向における近隣のデータキュービットに結合された測定キュービットを備え、前記第4の方向が、前記第1の方向と反対である、ステップと、
前記複数の測定キュービットに、アダマール量子論理ゲートを適用するステップと、
誤りを検出するために、前記複数の測定キュービットを測定するステップと
を含む方法。 - 前記第2の方向において測定キュービットとペアリングされる、前記第2のセットのペアリングされた測定およびデータキュービットにおけるデータキュービットに、アダマール量子論理ゲートを適用するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記第2の方向において測定キュービットとペアリングされる、前記第2のセットのペアリングされた測定およびデータキュービットにおけるデータキュービットに、アダマール量子論理ゲートを適用するステップと、
前記第3の方向において測定キュービットとペアリングされる、前記第2のセットのペアリングされた測定およびデータキュービットにおけるデータキュービットに、アダマール量子論理ゲートを適用するステップと
をさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 前記第3の方向において測定キュービットとペアリングされる、前記第2のセットのペアリングされた測定およびデータキュービットにおけるデータキュービットに、アダマール量子論理ゲートを適用するステップ
をさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 前記もつれ動作が、制御Z量子論理ゲートを備える、請求項1に記載の方法。
- 前記第1のセットのペアリングされた測定およびデータキュービット上で、複数のもつれ動作を実行するステップが、
前記ペアを、複数のサブセットのペアリングされたキュービットに分離するステップであって、前記複数のサブセットが、重複および隣接しないペアを備える、ステップ
を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記複数のサブセットが、3つのサブセットを備える、請求項6に記載の方法。
- 前記第1のセットのペアリングされた測定およびデータキュービットに対して、複数のもつれ動作を実行するステップが、前記複数のサブセットの各々におけるキュービットのペア上で並列に、もつれ動作を実行するステップを含む、請求項6に記載の方法。
- 前記複数のサブセットの各々におけるキュービットのペア上で並列に、もつれ動作を実行するステップが、各サブセットにおける各測定キュービットを並列に離調するステップを含む、請求項8に記載の方法。
- 前記第2のセットのペアリングされた測定およびデータキュービット上で、複数のもつれ動作を実行するステップが、
前記ペアを、複数のサブセットのペアリングされたキュービットに分離するステップであって、前記複数のサブセットが、重複し、斜めに隣接するペアを備える、ステップ
を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記複数のサブセットが、4つのサブセットを備える、請求項10に記載の方法。
- 前記第2のセットのペアリングされた測定およびデータキュービット上で、複数のもつれ動作を実行するステップが、前記複数のサブセットの各々におけるキュービットのペア上で並列に、もつれ動作を実行するステップを含む、請求項11に記載の方法。
- 前記複数のサブセットの各々におけるキュービットのペア上で並列に、もつれ動作を実行するステップが、前記各サブセットにおける各測定キュービットを並列に離調するステップを含む、請求項12に記載の方法。
- 前記第3のセットのペアリングされた測定およびデータキュービット上で、複数のもつれ動作を実行するステップが、
前記ペアを、複数のサブセットのペアリングされたキュービットに分離するステップであって、前記複数のサブセットが、重複および隣接しないペアを備える、ステップ
を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記複数のサブセットが、3つのサブセットを備える、請求項14に記載の方法。
- 前記第3のセットのペアリングされた測定およびデータキュービット上で、複数のもつれ動作を実行するステップが、前記複数のサブセットの各々におけるキュービットのペア上で並列に、もつれ動作を実行するステップを含む、請求項15に記載の方法。
- 前記複数のサブセットの各々におけるキュービットのペア上で並列に、もつれ動作を実行するステップが、前記各サブセットにおける各測定キュービットを並列に離調するステップを含む、請求項16に記載の方法。
- 前記測定およびデータキュービット上で漏れ除去プロセスを実行するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 漏れ除去を実行するステップが、測定およびデータキュービットをスワップするステップを含む、請求項18に記載の方法。
- 測定およびデータキュービットをスワップするステップが、制御Z+スワップ量子ゲートを適用するステップを含む、請求項19に記載の方法。
- 後続の表面符号誤り検出サイクルを実行するステップをさらに含み、前記実行するステップが、
前記複数の測定キュービットを初期化するステップと、
前記初期化された測定キュービットに、アダマール量子論理ゲートを適用するステップと、
前記第3のサブセットのペアリングされたデータおよび測定キュービット上で並列に、もつれ動作を実行するステップと、
前記第2のサブセットのペアリングされたデータおよび測定キュービット上で並列に、もつれ動作を実行するステップと、
前記第1のサブセットのペアリングされたデータおよび測定キュービット上で並列に、もつれ動作を実行するステップと、
前記複数の測定キュービットに、アダマール量子論理ゲートを適用するステップと、
誤りを検出するために、前記複数の測定キュービットを測定するステップと
を含む、請求項1に記載の方法。 - 装置であって、
複数のデータキュービットと、
複数の測定キュービットと、
前記データキュービットと前記測定キュービットとの間の最近接相互作用を定義する、複数のキュービット結合器であって、
前記複数のデータキュービットおよび測定キュービットが、2次元グリッドとして配置され、
前記複数のデータキュービットのうちの各データキュービットが、それぞれのキュービット結合器を通して、複数の測定キュービットに結合される、複数のキュービット結合器と、
前記複数のデータキュービットおよび複数の測定キュービットを動作させるように構成された、キュービットコントローラモジュールと
を備え、
前記キュービットコントローラが、前記複数のデータキュービットおよび複数の測定キュービット上で、表面符号誤り検出サイクルを実行するように構成され、前記表面符号誤り検出サイクルを実行することが、
2次元グリッドとして配置された、複数のデータキュービットおよび複数の測定キュービットを備えるシステムからの、複数の測定キュービットを初期化することであって、前記グリッド内の前記複数のデータキュービットのうちの各データキュービットが、それぞれのキュービット結合器を通して、近隣の測定キュービットに結合される、初期化することと、
前記初期化された測定キュービットに、アダマール量子論理ゲートを適用することと、
第1のセットのペアリングされた測定およびデータキュービット上で、複数のもつれ動作を実行することであって、前記第1のセットのペアリングされた測定およびデータキュービットにおける各ペアが、第1の方向における近隣のデータキュービットに結合された測定キュービットを備える、実行することと、
第2のセットのペアリングされた測定およびデータキュービットに対して、複数のもつれ動作を実行することであって、前記第2のセットのペアリングされた測定およびデータキュービットにおける各ペアが、第2または第3の方向における近隣のデータキュービットに結合された測定キュービットを備え、前記第2および第3の方向が、前記第1の方向と反対であり、前記第2の方向が、前記第3の方向と反対である、実行することと、
第3のセットのペアリングされた測定およびデータキュービットに対して、複数のもつれ動作を実行することであって、前記第3のセットのペアリングされた測定およびデータキュービットにおける各ペアが、第4の方向における近隣のデータキュービットに結合された測定キュービットを備え、前記第4の方向が、前記第1の方向と反対である、実行することと、
前記複数の測定キュービットに、アダマール量子論理ゲートを適用することと、
誤りを検出するために、前記複数の測定キュービットを測定することと
を含む、装置。 - 前記キュービットコントローラが、前記第2の方向において測定キュービットとペアリングされる、前記第2のセットのペアリングされた測定およびデータキュービットにおけるデータキュービットに、アダマール量子論理ゲートを適用するようにさらに構成される、請求項22に記載の装置。
- 前記キュービットコントローラが、
前記第2の方向において測定キュービットとペアリングされる、前記第2のセットのペアリングされた測定およびデータキュービットにおけるデータキュービットに、アダマール量子論理ゲートを適用することと、
前記第3の方向において測定キュービットとペアリングされる、前記第2のセットのペアリングされた測定およびデータキュービットにおけるデータキュービットに、アダマール量子論理ゲートを適用することと
を行うようにさらに構成される、請求項22に記載の装置。 - 前記キュービットコントローラが、前記第3の方向において測定キュービットとペアリングされる、前記第2のセットのペアリングされた測定およびデータキュービットにおけるデータキュービットに、アダマール量子論理ゲートを適用するようにさらに構成される、請求項22に記載の装置。
- 前記もつれ動作が、制御Z量子論理ゲートを備える、請求項22に記載の装置。
- 前記第1のセットのペアリングされた測定およびデータキュービット上で、複数のもつれ動作を実行することが、
前記ペアを、複数のサブセットのペアリングされたキュービットに分離することであって、前記複数のサブセットが、重複および隣接しないペアを備える、分離すること
を含む、請求項22に記載の装置。 - 前記複数のサブセットが、3つのサブセットを備える、請求項27に記載の装置。
- 前記第1のセットのペアリングされた測定およびデータキュービットに対して、複数のもつれ動作を実行することが、前記複数のサブセットの各々におけるキュービットのペア上で並列に、もつれ動作を実行することを含む、請求項27に記載の装置。
- 前記複数のサブセットの各々におけるキュービットのペア上で並列に、もつれ動作を実行することが、各サブセットにおける各測定キュービットを並列に離調することを含む、請求項29に記載の装置。
- 前記第2のセットのペアリングされた測定およびデータキュービット上で、複数のもつれ動作を実行することが、
前記ペアを、複数のサブセットのペアリングされたキュービットに分離することであって、前記複数のサブセットが、重複し、斜めに隣接するペアを備える、分離すること
を含む、請求項22に記載の装置。 - 前記複数のサブセットが、4つのサブセットを備える、請求項31に記載の装置。
- 前記第2のセットのペアリングされた測定およびデータキュービット上で、複数のもつれ動作を実行することが、前記複数のサブセットの各々におけるキュービットのペア上で並列に、もつれ動作を実行することを含む、請求項32に記載の装置。
- 前記複数のサブセットの各々におけるキュービットのペア上で並列に、もつれ動作を実行することが、前記各サブセットにおける各測定キュービットを並列に離調することを含む、請求項33に記載の装置。
- 前記第3のセットのペアリングされた測定およびデータキュービット上で、複数のもつれ動作を実行することが、
前記ペアを、複数のサブセットのペアリングされたキュービットに分離することであって、前記複数のサブセットが、重複および隣接しないペアを備える、分離すること
を含む、請求項22に記載の装置。 - 前記複数のサブセットが、3つのサブセットを備える、請求項35に記載の装置。
- 前記第3のセットのペアリングされた測定およびデータキュービット上で、複数のもつれ動作を実行することが、前記複数のサブセットの各々におけるキュービットのペア上で並列に、もつれ動作を実行することを含む、請求項36に記載の装置。
- 前記複数のサブセットの各々におけるキュービットのペア上で並列に、もつれ動作を実行することが、前記各サブセットにおける各測定キュービットを並列に離調することを含む、請求項37に記載の装置。
- 前記キュービットコントローラが、前記測定およびデータキュービット上で漏れ除去プロセスを実行するようにさらに構成される、請求項22に記載の装置。
- 漏れ除去を実行することが、測定およびデータキュービットをスワップすることを含む、請求項39に記載の装置。
- 測定およびデータキュービットをスワップすることが、制御Z+スワップ量子ゲートを適用することを含む、請求項40に記載の装置。
- 前記キュービットコントローラが、後続の表面符号誤り検出サイクルを実行するようにさらに構成され、前記後続の表面符号誤り検出サイクルを実行することが、
前記複数の測定キュービットを初期化すること、
前記初期化された測定キュービットに、アダマール量子論理ゲートを適用すること、
前記第3のサブセットのペアリングされたデータおよび測定キュービット上で並列に、もつれ動作を実行すること、
前記第2のサブセットのペアリングされたデータおよび測定キュービット上で並列に、もつれ動作を実行すること、
前記第1のサブセットのペアリングされたデータおよび測定キュービット上で並列に、もつれ動作を実行することと、
前記複数の測定キュービットに、アダマール量子論理ゲートを適用することと
誤りを検出するために、前記複数の測定キュービットを測定することと
を含む、請求項22に記載の装置。 - 前記複数のデータキュービットが、Xmonキュービットを備える、請求項22に記載の装置。
- 前記複数の測定キュービットが、Xmonキュービットを備える、請求項22に記載の装置。
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