Quantum 컴퓨터를 구현하기 위해 Circuit QED가 제어되었습니다

양자 컴퓨터는 복잡하고 상상할 수없는 문제를 수행 할 수있는 탁월한 약속을 제공하기위한 노력을 기울이지 않으며, 현재 알려진 고전적인 컴퓨터의 범위를 훨씬 뛰어 넘고 정확도가 높은 합리적인 시간에

양자 역학의 중심 원칙을 기반으로 한 컴퓨팅에 대한 새로운 접근법은 엄청난 응용을 가질 수 있으며 유비쿼터스 영역에 혁명을 일으킬 수 있습니다. 새로운 의약품과 재료를 발견하는 데 도움이 될 수 있습니다. 금융 서비스 리모델링, 돈 관리 및 대규모 데이터 세트를 통해 투자 방식을 바꿀 수 있습니다. 인공 지능, 최적화 및 기계 학습의 큰 발전으로 이어질 수 있습니다. 공급망 및 물류에 대한 최적의 솔루션을 찾는 것을 용이하게 할 수 있으며, 병렬 계산의 효율성을 높이고, 안전한 네트워크 애플리케이션을 만들고, 분자 구조를 시뮬레이션하고, 깨지지 않는 코드를 돌파하거나, 암호화 및 암호화를 크랙 할 수 있습니다. 이것은 잠재적으로 미래 기술을 가능하게 할 것입니다 [1,2].

양자 계산의 불편한 잠재력은 여러 분야의 인간과 대면하는 상상할 수있는 한계를 극복하는 데 가장 적합한 솔루션이 될 수 있습니다. 그 영향은 분명히 끝이 없습니다.

양자 컴퓨터는 완전히 뚜렷한 개념입니다. 이진 논리에 의존하지 않으며 양자 비트 또는 큐브에 달려 있습니다. 기본적으로, 정상적인 비트에 대한 큐 비트의 큰 장점은 그것들이 상태의 중첩에 존재한다는 것입니다. 따라서, 표준 비트는 하나 또는 0이 될 수 있지만, 큐 비트는 동시에 하나, 0 또는 0 및 0 일 수있다. 미로가 있다면 이진 컴퓨터는 각 경로를 별도로 평가하기 위해 시간을 내야합니다. 양자 컴퓨터는 모든 가능성을 동시에 평가할 것입니다.

양자 계산 및 통신의 가장 인기있는 방법은 게이트 기반입니다. 양자 게이트는 양자 역학의 법칙에 따라 정보를 처리하고 변형시키는 데 사용됩니다. 큐 비트를 가져 와서 새로운 상태로 변환합니다. 양자 게이트는 기존 컴퓨터의 고전적인 논리 게이트와 같은 양자 컴퓨터의 빌딩 블록입니다. 그들은 일반적으로 양자 상태의 중첩에 작용합니다. 일련의 유한 한 수의 이러한 게이트는 양자 알고리즘, 양자 시스템에서 계산을 수행하기위한 절차를 구성 할 수 있습니다. 양자 컴퓨터를 구성하는 장애물은 큐 비트 사이의 양자 게이트의 물리적 구현을 ​​찾는 것과 같습니다 [3-5]. 복잡한 알고리즘 및 작업을 인코딩하기위한 기본 빌딩 블록을 제공합니다 [6].

양자 비트를 구축하기 위해 많은 물리적 체계 [7-14]가 제안되었습니다. 그러한 제안의 가장 훌륭한 성공은 물리적 체계가 Divincenzo 기준으로 알려진 양자 컴퓨터를 구축하기위한 요구 사항을 충족시키기 위해 설계 될 수있는 수준에 달려 있습니다 [15]. 이러한 요구 사항을 개별적으로 만족시키는 것은 쉽게 달성 할 수 있습니다. 그러나 모든 Divincenzo 요구 사항을 함께 만족시키는 것은 어렵고 최근 양자 계산 연구의 국경에서 [14].

수백 년 전의 창조 이후, 양자 역학은 거의 매년 거의 예상치 못한 것을 가지고있었습니다. 특히 지난 수십 년 동안, 특히 이론적, 실질적인 발전이 급격히 증가했습니다. 그러나 양자 역학에서 가장 흥미로운 발전은 기존 컴퓨터를 초월하는 계산 능력을 갖춘 진정한 양자 컴퓨터를 구축하는 것과 관련이 있습니다.

그러나 2017 년 11 월, IBM은 50 쿼트 양자 컴퓨터 [16]를 발표했으며 곧 100 쿼트 양자 컴퓨터에 도달 할 수 있습니다. 양자 컴퓨터는 구축하기 어렵고 유지하기가 더 어렵습니다. 그들은 매우 깨지기 쉬우 며 기능하기 위해서는 엄청난 양의 인프라가 필요합니다. 기술이 여기에 있지만 [17-20], 본격적인 구현에는 몇 가지 장벽이 있습니다.

프로세서가 수백 분의 1 학위 내에서 거의 0 인 기온에 보관해야하므로 물리적 문제를 처리해야 할 필요성과 같은 조건부 필수품은 하드웨어가 IBM 실험실과 같은 실험실에 있어야한다는 것을 의미합니다. 또한 가장 큰 한계 중 하나는 해독 문제입니다. 실제로는 시스템이 완벽하게 격리되어 있지 않다는 사실을 인정합니다. 디코 언어는 시스템에서 환경으로의 양자 정보의 상실로 간주 될 수 있습니다. 양자 상태는 미묘한 물체입니다. 재채기와 그들은 사라집니다.

마지막으로, Quantum 컴퓨터가 불가능하다고 생각되는 과제를 처리 할 수있는 위치 인 J. Preskill이“양자 우월주의”라고 언급 한 것에 도달하려는 희망은 [21-24]입니다. 양자 계산은 큐 비트로 생성 된 모든 소음을 처리하기 위해 진행되지 않으면 의미가 없습니다.

초전도 큐 비트에서 탈착의 주요 원인은 개방형 양자 시스템에서 이완과 탈피입니다 [30], 각 구현 체계는 자체 이완과 탈피 시간으로 구별됩니다. 따라서, 우리는이 시간보다 적은 시간으로 계산을 구현해야합니다.

3 개의 직접 결합 된 초전도 양자 시스템, 2 개의 초전도 위상 큐브 및 1 개의 공진 캐비티 [31]로 구성된 조사를 통해 사용 된 물리적 모델은 제어의 매개 변수로서 공동에 존재하는 광자 수의 영향을 조사하여 양자 알고리즘의 구현 시간에 대한 영향을 조사하기 위해.

Abughanem et. 알. [32]에서 회로 Qed에 대한 양자 알고리즘을 실현하기 위해 1 및 2 쿼트 양자 게이트의 실현 시간에 대한 공동에서 광자 수의 영향을 탐색하기 위해 상세한 실험 절차를 통해 새로운 접근법을 제안하고 분석합니다.

이 연구는 양자 알고리즘의 실현 시간에 대한 제어의 우수한 매개 변수로서 광자 수의 상황에 맞는 사용을 보여줍니다. 양자 알고리즘을 실현하는 데 필요한 시간은 공진 캐비티의 광자 수에 따라 다릅니다. 광자 수가 큐 비트 수보다 약간 증가 할 때마다 실현 시간이 감소한다는 의미에서

우리의 연구 결과는 다중 퀴트 알고리즘을 실현할 수있는 시스템의 특성을 더 잘 이해하게됩니다. 또한 제안 된 기술을 사용하여 프로토콜을 구현하기위한 시간은 다른 이전 체계와 비교됩니다.

결과는 양자 알고리즘을 설계하기 위해 다중 쿼트 다발 상태의 실현에 완전히 통합 될 가능성을 나타냅니다. 이는 광자 수가 큐 비트 수보다 약간 증가하는 시스템에서 다중 퀴트 알고리즘을 실현할 수 있다는 직접적인 증거로 구성됩니다. 이러한 알고리즘은 시스템의 붕괴 및 완화 시간보다 상당히 적은 시간으로 구현 될 수 있습니다.

바라건대, 우리의 결과는 멀티 쿼트 다발성 상태의 전체 통합을 향한 길을 열었습니다. 또한이 연구에서 유래 한 기술은 향후 실험에서 더 확장 가능하고 양자 컴퓨터 구현에서 사용될 수 있습니다.

이러한 결과는 Cavity Control이라는 제목의 기사에서 새로운 양자 알고리즘 구현 처리로 설명되어 있으며 최근에 Journal Physics of Physics 에 발표되었습니다. .

참조 :

1. u. Alvarez-Rodriguez, M. Sanz, L. Lamata &E. Solano, IBM 양자 컴퓨터의 양자 인공 생활, 과학 보고서 8 권, 기사 번호 :14793 (2018).
2. Quantum Computing의 응용, ibm https://www.ibm.com/quantum-computing/
3. c. Monroe, D. M. Meekhof, B. E. King, W. M. Itano 및 D. J. Wineland,“기본 양자 논리 게이트의 시연”Phys. Lett., Vol. 75, 아니요. 4714, 1995.
4. R.W. Simmonds, K. Lang, D. Hite, S. Nam, D. Pappas 및 J. Martinis,“교차로 공진기의 조셉슨 상 큐 비트의 디코 언어”, Phys. Lett., Vol. 93, 아니요. 7, p. 077003, 2004.
5. t. Sleator 및 H.Weinfrter,“실현 가능한 범용 양자 논리 게이트”, Phys. Lett., Vol. 74, p. 4087, 1995.
6. Isaac Chuang, 빌딩 블록 제작, 자연 물리학 볼륨 14, Pages974–975 (2018)
7. e. Fredkin과 T. Toffoli,“보수적 인 논리”, int. J. 이론. Phys., Vol. 21, 아니오. 3-4, pp. 219–253, 1982.
8. d. P. Divincenzo,“Quantum Computation”, Science, Vol. 270, 아니오. 5234, pp. 255–261, 1995.
9. b. 케인,“실리콘 기반 핵 스핀 양자 컴퓨터”, Nature, Vol. 393, 아니오. 6681, pp. 133–137, 1998.
10. n. Gershenfeld와 I. L. Chuang,“벌크 스핀 공명 양자 계산”, Science, Vol. 275, 아니오. 5298, pp. 350–356, 1997.
11. d. G. Cory, A. F. Fahmy 및 T. F. Havel,“NMR 분광법에 의한 앙상블 양자 컴퓨팅”Proc. Nat. 아카드. 공상 과학, Vol. 94, 아니요. 5, pp. 1634–1639, 1997.
12. y. Nakamura, Y. A. Pashkin 및 J. S. Tsai,“단일 코퍼 페어 박스에서 거시적 양자 상태의 일관된 제어”, Nature, Vol. 398, pp. 786–788, 1999.
13. p. M. Platzman 및 M. I. Dykman,“액체 헬륨에 떠있는 전자를 사용한 양자 컴퓨팅”, Science, Vol. 284, 아니요. 5422, pp. 1967–1969, 1999.
14. m. Steffen, D. P. Divincenzo, J. M. Chow, T. N. Theis 및 M. Ketchen,“양자 컴퓨팅 :IBM 관점,”IBM J. Res. &dev., vol. 55, p. 2011 년 5 월.
15. d. P. Divincenzo,“양자 계산의 물리적 구현”Fortschr. Phys., Vol. 48, 아니요. 9-11, pp. 771–783, 2000.um
16. IBM은 50 쿼트 양자 컴퓨터를 구축합니다. http://techvibesnow.com/ibm-builds-50-qubit-quantum-computer/, 2017 년 11 월. 컴퓨팅
17. Rigetti Computing, Quantum Cloud Services, https://www.rigetti.com
18. ibm Q, 미래는 Quantum, https://www.ibm.com/quantum-computing/
입니다
19. Google AI, https://research.google/teams/applied-science/quantum/
20. Martinis Group, Josehson Junction Quntum Computing at UCSB, https://web.physics.ucsb.edu/~martinisgroup/index.shtml
21. j. Preskill. 양자 컴퓨팅 및 얽힘 프론티어. H. M. Gross, D. 및 A. Sevrin, 편집자, 양자 세계 이론, 63 ~ 80 페이지, 싱가포르, 2012 년 11 월 10 일. 세계 과학 출판. Arxiv :1203.5813 [Quant-PH].
22. c. Neill et.Al., 초전도 큐브로 양자 우월주의를 보여주는 청사진, 참조 :arxiv.org/abs/1709.06678, (2017)
23. s. Boixo, S. V. Isakov, V. N. Smelyanskiy, R. Babbush, N. Ding, Z. Jiang, M. J. Bremner, J. M. Martinis 및 H. Neven. 단기 장치에서 양자 우위를 특성화합니다. ARXIV :1608.00263 [Quant-PH], 2017 년 4 월.
24. Cristian S. Calude, Elena Calude, Quantum Computational Themacy로가는 길 Arxiv :1712.01356v3, 2019.
25. m. A. Sillanpää, J. I. Park 및 R. W. Simmonds, 공진 캐비티, Nature 449, 438 (2007)을 통한 2 상 큐빗 사이의 일관성 양자 상태 저장 및 전달.
26. r. J. Schoelkopf 및 S. M. Girvin,“양자 시스템 배선”, Nature 451, 664–669 (2008).
27. s. Haroche와 J.-M. Raimond, 양자 탐험 :원자, 공동 및 광자. 옥스포드 대학교 출판부, 미국, 2006 년 10 월.
28. h. Walther, B. T. H. Varcoe, B.-G. Englert 및 T. Becker,“Cavity Quantum Electrodynamics”, Physics 69, 1325–1382 (2006)의 진보에 대한보고.
29. Lev Samuel Bishop, Circuit Quantum Electrodynamics, PhD 논문, Yale University 5 월
30. Peter James Joyce O'Malley, 초전도 큐빗 :캘리포니아 대학교 산타 바바라,
31. f. Altomare, K. C. J. I. Park, M. A. Sillanpaa, M. S. Allman, D. Li, A. Sirois, J. A. Strong, J. D. Whittaker 및 R. W. Simmonds,“2 상 큐 비트와 공명 공동 사이의 3 중 상호 작용”Nature Physics, vol. 6, pp. 777–781, 2010.
32. m. Abughanem, A. Homid 및 M. Abdel-Aty, 새로운 양자 알고리즘 구현 처리, 전선으로서의 Cavity Control. Phys., Vol. 13, 아니오. 1, p. 130303, (2018).