1Khoa Vật liệu, Đại học Oxford, Oxford OX1 3PH, Vương quốc Anh
2Khoa Vật lý, Đại học Basel, 4056 Basel, Thụy Sĩ
3Trường Khoa học Máy tính và Toán học & AIML, Đại học Adelaide, SA 5005, Úc
4Khoa Khoa học Kỹ thuật, Đại học Oxford, Oxford OX1 3PJ, Vương quốc Anh
Tìm bài báo này thú vị hay muốn thảo luận? Scite hoặc để lại nhận xét về SciRate.
Tóm tắt
Sự phong tỏa spin Pauli (PSB) có thể được sử dụng như một nguồn tài nguyên tuyệt vời để khởi tạo và đọc qubit spin ngay cả ở nhiệt độ cao nhưng có thể khó xác định. Chúng tôi trình bày một thuật toán học máy có khả năng tự động xác định PSB bằng cách sử dụng các phép đo vận chuyển điện tích. Sự khan hiếm dữ liệu PSB được khắc phục bằng cách đào tạo thuật toán với dữ liệu mô phỏng và bằng cách sử dụng xác thực trên nhiều thiết bị. Chúng tôi chứng minh cách tiếp cận của mình trên thiết bị bóng bán dẫn hiệu ứng trường silicon và báo cáo độ chính xác 96% trên các thiết bị thử nghiệm khác nhau, đưa ra bằng chứng cho thấy phương pháp này rất hiệu quả đối với khả năng biến đổi của thiết bị. Thuật toán của chúng tôi, một bước thiết yếu để thực hiện điều chỉnh qubit hoàn toàn tự động, dự kiến sẽ có thể được sử dụng trên tất cả các loại thiết bị chấm lượng tử.
Hình ảnh nổi bật: Minh họa máy dò phong tỏa spin Pauli
Tóm tắt phổ biến
► Dữ liệu BibTeX
► Tài liệu tham khảo
[1] Daniel Loss và David P DiVincenzo. Tính toán lượng tử với các chấm lượng tử. Đánh giá vật lý A, 57 (1): 120, 1998. 10.1103/PhysRevA.57.120.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.57.120
[2] LMK Vandersypen, H Bluhm, JS Clarke, AS Dzurak, R Ishihara, A Morello, DJ Reilly, LR Schreiber và M Veldhorst. Giao tiếp các qubit spin trong các chấm lượng tử và chất cho – nóng, đậm đặc và kết hợp. npj Thông tin lượng tử, 3 (1): 1–10, 2017. 10.1038/s41534-017-0038-y.
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41534-017-0038-y
[3] Toivo Hensgens, Takafumi Fujita, Laurens Janssen, Xiao Li, CJ Van Diepen, Christian Reichl, Werner Wegscheider, S Das Sarma và Lieven MK Vandersypen. Mô phỏng lượng tử của mô hình Fermi–Hubbard sử dụng mảng chấm lượng tử bán dẫn. Thiên nhiên, 548 (7665): 70–73, 2017. 10.1038/nature23022.
https: / / doi.org/ 10.1038 / thiên nhiên23022
[4] Menno Veldhorst, CH Yang, JCC Hwang, W Huang, JP Dehollain, JT Muhonen, S Simmons, A Laucht, FE Hudson, Kohei M Itoh, và những người khác. Cổng logic hai qubit bằng silicon. Thiên nhiên, 526 (7573): 410–414, 2015. 10.1038/nature15263.
https: / / doi.org/ 10.1038 / thiên nhiên15263
[5] Pascal Cerfontaine, Tim Botzem, Julian Ritzmann, Simon Sebastian Humpohl, Arne Ludwig, Dieter Schuh, Dominique Bougeard, Andreas D Wieck và Hendrik Bluhm. Điều khiển vòng kín của qubit quay bộ ba đơn dựa trên GaAs với độ chính xác cổng 99.5% và độ rò rỉ thấp. Truyền thông Thiên nhiên, 11 (1): 1–6, 2020. 10.1038/s41467-020-17865-3.
https://doi.org/10.1038/s41467-020-17865-3
[6] Akito Noiri, Kenta Takeda, Takashi Nakajima, Takashi Kobayashi, Amir Sammak, Giordano Scappucci và Seigo Tarucha. Cổng lượng tử phổ quát nhanh trên ngưỡng chịu lỗi trong silicon. Thiên nhiên, 601 (7893): 338–342, 2022. 10.1038/s41586-021-04182-y.
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41586-021-04182-y
[7] Stephan GJ Philips, Mateusz T Mądzik, Sergey V Amitonov, Sander L de Snoo, Maximilian Russ, Nima Kalhor, Christian Volk, William IL Lawrie, Delphine Brousse, Larysa Tryputen, và những người khác. Điều khiển phổ biến bộ xử lý lượng tử sáu qubit bằng silicon. Thiên nhiên, 609 (7929): 919–924, 2022. 10.1038/s41586-022-05117-x.
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41586-022-05117-x
[8] Federico Fedele, Anasua Chatterjee, Saeed Fallahi, Geoffrey C Gardner, Michael J Manfra và Ferdinand Kuemmeth. Hoạt động đồng thời trong một mảng hai chiều của các qubit đơn-bộ ba. PRX Quantum, 2 (4): 040306, 2021. 10.1103/PRXQuantum.2.040306.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.040306
[9] Luca Petit, HGJ Eenink, M Russ, WIL Lawrie, NW Hendrickx, SGJ Philips, JS Clarke, LMK Vandersypen và M Veldhorst. Logic lượng tử phổ quát trong qubit silicon nóng. Thiên nhiên, 580 (7803): 355–359, 2020. 10.1038/s41586-020-2170-7.
https://doi.org/10.1038/s41586-020-2170-7
[10] Chih Heng Yang, RCC Leon, JCC Hwang, Andre Saraiva, Tuomo Tanttu, Wister Huang, J Camirand Lemyre, Kok Wai Chan, KY Tan, Fay E Hudson, và những người khác. Hoạt động của một tế bào đơn vị xử lý lượng tử silicon trên một kelvin. Thiên nhiên, 580 (7803): 350–354, 2020. 10.1038/s41586-020-2171-6.
https://doi.org/10.1038/s41586-020-2171-6
[11] Leon C Camenzind, Simon Geyer, Andreas Fuhrer, Richard J Warburton, Dominik M Zumbühl và Andreas V Kuhlmann. Một qubit quay lỗ trong bóng bán dẫn hiệu ứng trường vây trên 4 kelvin. Điện tử Thiên nhiên, 5 (3): 178–183, 2022. 10.1038/s41928-022-00722-0.
https://doi.org/10.1038/s41928-022-00722-0
[12] Ronald Hanson, Leo P Kouwenhoven, Jason R Petta, Seigo Tarucha và Lieven MK Vandersypen. Quay trong các chấm lượng tử ít electron. Các bài phê bình Vật lý hiện đại, 79 (4): 1217, 2007. 10.1103/RevModPhys.79.1217.
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.79.1217
[13] Luca Petit, Maximilian Russ, Gertjan HGJ Eenink, William IL Lawrie, James S Clarke, Lieven MK Vandersypen và Menno Veldhorst. Thiết kế và tích hợp các phép quay một qubit và cổng hai qubit trong silicon trên một kelvin. Tài liệu Truyền thông, 3 (1): 82, 2022. 10.1038/s43246-022-00304-9.
https://doi.org/10.1038/s43246-022-00304-9
[14] J Darulová, SJ Pauka, N Wiebe, KW Chan, GC Gardener, MJ Manfra, MC Cassidy và Matthias Troyer. Điều chỉnh tự động và phát hiện trạng thái điện tích của các chấm lượng tử được xác định bằng cổng. Đánh giá vật lý được áp dụng, 13 (5): 054005, 2020. 10.1103/PhysRevApplied.13.054005.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.13.054005
[15] H Moon, DT Lennon, J Kirkpatrick, NM van Esbroeck, LC Camenzind, Liuqi Yu, F Vigneau, DM Zumbühl, G Andrew D Briggs, MA Osborne, và những người khác. Học máy cho phép điều chỉnh hoàn toàn tự động một thiết bị lượng tử nhanh hơn các chuyên gia con người. Truyền thông Thiên nhiên, 11 (1): 1–10, 2020. 10.1038/s41467-020-17835-9.
https://doi.org/10.1038/s41467-020-17835-9
[16] Brandon Severin, Dominic T Lennon, Leon C Camenzind, Florian Vigneau, F Fedele, D Jirovec, A Ballabio, D Chrastina, G Isella, M de Kruijf, et al. Điều chỉnh đa kiến trúc của các thiết bị lượng tử dựa trên Silicon và SiGe bằng cách sử dụng Machine Learning. bản in trước arXiv arXiv:2107.12975, 2021. 10.48550/arXiv.2107.12975.
https: / / doi.org/ 10.48550 / arXiv.2107.12975
arXiv: 2107.12975
[17] Timothy A Baart, Pieter T Eendebak, Christian Reichl, Werner Wegscheider và Lieven MK Vandersypen. Máy tính tự động điều chỉnh các chấm lượng tử kép bán dẫn sang chế độ điện tử đơn. Thư Vật lý Ứng dụng, 108 (21): 213104, 2016. 10.1063/1.4952624.
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.4952624
[18] Sandesh S Kalantre, Justyna P Zwolak, Stephen Ragole, Xingyao Wu, Neil M Zimmerman, Michael D Stewart và Jacob M Taylor. Kỹ thuật học máy để nhận dạng trạng thái và tự động điều chỉnh trong chấm lượng tử. npj Thông tin lượng tử, 5 (1): 1–10, 2019. 10.1038/s41534-018-0118-7.
https://doi.org/10.1038/s41534-018-0118-7
[19] Justyna P Zwolak, Thomas McJunkin, Sandesh S Kalantre, JP Dodson, ER MacQuarrie, DE Savage, MG Lagally, SN Coppersmith, Mark A Eriksson và Jacob M Taylor. Tự động điều chỉnh các thiết bị chấm kép tại chỗ bằng máy học. Đánh giá vật lý được áp dụng, 13 (3): 034075, 2020. 10.1103/PhysRevApplied.13.034075.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.13.034075
[20] V Nguyễn, SB Orbell, Dominic T Lennon, Hyungil Moon, Florian Vigneau, Leon C Camenzind, Liuqi Yu, Dominik M Zumbühl, G Andrew D Briggs, Michael A Osborne, et al. Học tăng cường sâu để đo lường hiệu quả các thiết bị lượng tử. Thông tin lượng tử npj, 7 (1): 1–9, 2021. 10.1038/s41534-021-00434-x.
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41534-021-00434-x
[21] Justyna P Zwolak, Thomas McJunkin, Sandesh S Kalantre, Samuel F Neyens, ER MacQuarrie, Mark A Eriksson và Jacob M Taylor. Khung dựa trên tia để nhận dạng trạng thái trong các thiết bị chấm lượng tử. PRX Quantum, 2 (2): 020335, 2021. 10.1103/PRXQuantum.2.020335.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.020335
[22] NM van Esbroeck, DT Lennon, H Moon, V Nguyen, F Vigneau, LC Camenzind, L Yu, DM Zumbühl, GAD Briggs, Dino Sejdinovic, et al. Tinh chỉnh thiết bị lượng tử bằng cách sử dụng phương pháp học nhúng không giám sát. Tạp chí Vật lý mới, 22 (9): 095003, 2020. 10.1088/1367-2630/abb64c.
https:///doi.org/10.1088/1367-2630/abb64c
[23] Julian D Teske, Simon Sebastian Humpohl, René Otten, Patrick Bethke, Pascal Cerfontaine, Jonas Dedden, Arne Ludwig, Andreas D Wieck và Hendrik Bluhm. Một phương pháp học máy để tinh chỉnh tự động các qubit quay bán dẫn. Thư Vật lý Ứng dụng, 114 (13): 133102, 2019. 10.1063/1.5088412.
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.5088412
[24] CJ Van Diepen, Pieter T Eendebak, Bruno T Buijtendorp, Uditendu Mukhopadhyay, Takafumi Fujita, Christian Reichl, Werner Wegscheider và Lieven MK Vandersypen. Tự động điều chỉnh khớp nối đường hầm giữa các điểm trong các chấm lượng tử kép. Thư Vật lý Ứng dụng, 113 (3): 033101, 2018. 10.1063/1.5031034.
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.5031034
[25] Tim Botzem, Michael D Shulman, Sandra Foletti, Shannon P Harvey, Oliver E Dial, Patrick Bethke, Pascal Cerfontaine, Robert PG McNeil, Diana Mahalu, Vladimir Umansky, và những người khác. Phương pháp điều chỉnh cho qubit spin bán dẫn. Đánh giá vật lý được áp dụng, 10 (5): 054026, 2018. 10.1103/PhysRevApplied.10.054026.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.10.054026
[26] David L Craig, Hyungil Moon, Federico Fedele, Dominic T Lennon, Barnaby van Straaten, Florian Vigneau, Leon C Camenzind, Dominik M Zumbühl, G Andrew D Briggs, Michael A Osborne, Dino Seijdinovic và Natalia Ares. Thu hẹp khoảng cách thực tế trong các thiết bị lượng tử bằng máy học nhận thức vật lý. bản in trước arXiv arXiv:2111.11285, 2021. 10.48550/arXiv.2111.11285.
https: / / doi.org/ 10.48550 / arXiv.2111.11285
arXiv: 2111.11285
[27] Stefanie Czischek, Victor Yon, Marc-Antoine Genest, Marc-Antoine Roux, Sophie Rochette, Julien Camirand Lemyre, Mathieu Moras, Michel Pioro-Ladrière, Dominique Drouin, Yann Beilliard, và những người khác. Thu nhỏ mạng lưới thần kinh để tự động điều chỉnh trạng thái điện tích trong các chấm lượng tử. Học máy: Khoa học và Công nghệ, 3 (1): 015001, 2021. 10.1088/2632-2153/ac34db.
https:///doi.org/10.1088/2632-2153/ac34db
[28] Renato Durrer, Benedikt Kratochwil, Jonne V Koski, Andreas J Landig, Christian Reichl, Werner Wegscheider, Thomas Ihn và Eliska Greplova. Tự động điều chỉnh các chấm lượng tử kép thành các trạng thái điện tích cụ thể bằng mạng lưới thần kinh. Đánh giá vật lý được áp dụng, 13 (5): 054019, 2020. 10.1103/PhysRevApplied.13.054019.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.13.054019
[29] Maxime Lapointe-Major, Olivier Germain, J Camirand Lemyre, Dany Lachance-Quirion, Sophie Rochette, F Camirand Lemyre và Michel Pioro-Ladrière. Thuật toán điều chỉnh tự động chấm lượng tử sang chế độ electron đơn. Đánh giá Vật lý B, 102 (8): 085301, 2020. 10.1103/PhysRevB.102.085301.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.102.085301
[30] Yuta Matsumoto, Takafumi Fujita, Arne Ludwig, Andreas D Wieck, Kazunori Komatani và Akira Oiwa. Phân loại chống ồn của các chỉ số spin electron bắn một lần bằng cách sử dụng mạng lưới thần kinh sâu. npj Thông tin lượng tử, 7 (1): 1–7, 2021. 10.1038/s41534-021-00470-7.
https://doi.org/10.1038/s41534-021-00470-7
[31] Jana Darulová, Matthias Troyer và Maja C Cassidy. Đánh giá dữ liệu huấn luyện tổng hợp và thử nghiệm trong học máy có giám sát áp dụng để phát hiện trạng thái điện tích của các chấm lượng tử. Học máy: Khoa học và Công nghệ, 2021. 10.1088/2632-2153/ac104c.
https:///doi.org/10.1088/2632-2153/ac104c
[32] Simon Geyer, Leon C Camenzind, Lukas Czornomaz, Veeresh Deshpande, Andreas Fuhrer, Richard J Warburton, Dominik M Zumbühl và Andreas V Kuhlmann. Cổng tự liên kết cho điện toán lượng tử silicon có thể mở rộng Thư Vật lý Ứng dụng, 118 (10): 104004, 2021. 10.1063/5.0036520.
https: / / doi.org/ 10.1063 / 5.0036520
[33] Franck HL Koppens, Joshua A Folk, Jeroen M Elzerman, Ronald Hanson, LH Willems Van Beveren, Ivo T Vink, Hans-Peter Tranitz, Werner Wegscheider, Leo P Kouwenhoven và Lieven MK Vandersypen. Kiểm soát và phát hiện sự trộn lẫn bộ ba đơn trong trường hạt nhân ngẫu nhiên. Khoa học, 309 (5739): 1346–1350, 2005. 10.1126/science.1113719.
https: / / doi.org/ 10.1126 / khoa học.1113719
[34] Matthias Brauns, Joost Ridderbos, Ang Li, Erik PAM Bakkers, Wilfred G Van Der Wiel và Floris A Zwanenburg. Sự phong tỏa spin pauli dị hướng trong các chấm lượng tử lỗ. Đánh giá vật lý B, 94 (4): 041411, 2016. 10.1103/PhysRevB.94.041411.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.94.041411
[35] J Danon và Yu V Nazarov. Phong tỏa spin Pauli với sự có mặt của khớp nối quỹ đạo quay mạnh. Đánh giá Vật lý B, 80 (4): 041301, 2009. 10.1103/PhysRevB.80.041301.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.80.041301
[36] S Nadj-Perge, SM Frolov, JWW Van Tilburg, J Danon, Yu V Nazarov, R Algra, EPAM Bakkers và LP Kouwenhoven. Giải quyết các tác động của tương tác quỹ đạo quay và siêu mịn đối với việc phong tỏa spin. Đánh giá Vật lý B, 81 (20): 201305, 2010. 10.1103/PhysRevB.81.201305.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.81.201305
[37] Ruoyu Li, Fay E Hudson, Andrew S Dzurak và Alexander R Hamilton. Sự phong tỏa spin của Pauli đối với các lỗ nặng trong chấm lượng tử kép silicon. Thư Nano, 15 (11): 7314–7318, 2015. 10.1021/acs.nanolett.5b02561.
https: / / doi.org/ 10.1021 / acs.nanolett.5b02561
[38] FNM Froning, MJ Rančić, B Hetényi, S Bosco, MK Rehmann, Ang Li, Erik PAM Bakkers, Floris Arnoud Zwanenburg, Daniel Loss, DM Zumbühl, và những người khác. Tương tác quỹ đạo quay mạnh và tái chuẩn hóa hệ số g của các spin lỗ trong các chấm lượng tử dây nano Ge/Si. Nghiên cứu Đánh giá Vật lý, 3 (1): 013081, 2021. 10.1103/PhysRevResearch.3.013081.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.3.013081
[39] TH Stoof và Yu V Nazarov. Đường hầm cộng hưởng phụ thuộc vào thời gian thông qua hai trạng thái riêng biệt. Đánh giá vật lý B, 53 (3): 1050, 1996. 10.1103/PhysRevB.53.1050.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.53.1050
[40] Kaiming He, Xiangyu Zhang, Shaoqing Ren và Jian Sun. Học dư sâu để nhận dạng hình ảnh. Trong Kỷ yếu của hội nghị IEEE về thị giác máy tính và nhận dạng mẫu, trang 770–778, 2016. 10.1109/CVPR.2016.90.
https: / / doi.org/ 10.1109 / CVPR.2016.90
[41] Những người duy trì và đóng góp cho TorchVision. Torchvision: Thư viện thị giác máy tính của Pytorch. https:///github.com/pytorch/vision, 2016.
https:///github.com/pytorch/vision
[42] Yann LeCun, Léon Bottou, Yoshua Bengio và Patrick Haffner. Học tập dựa trên độ dốc được áp dụng để nhận dạng tài liệu. Kỷ yếu của IEEE, 86 (11): 2278–2324, 1998. 10.1109/5.726791.
https: / / doi.org/ 10.1109 / 5.726791
[43] Diederik P Kingma và Jimmy Ba. Adam: Một phương pháp tối ưu hóa ngẫu nhiên. bản in trước arXiv arXiv:1412.6980, 2014. 10.48550/arXiv.1412.6980.
https: / / doi.org/ 10.48550 / arXiv.1412.6980
arXiv: 1412.6980
[44] Adam Paszke, Sam Gross, Francisco Massa, Adam Lerer, James Bradbury, Gregory Chanan, Trevor Killeen, Zeming Lin, Natalia Gimelshein, Luca Antiga, Alban Desmaison, Andreas Kopf, Edward Yang, Zachary DeVito, Martin Raison, Alykhan Tejani, Sasank Chilamkurthy , Benoit Steiner, Lu Fang, Junjie Bai và Soumith Chintala. PyTorch: Thư viện Deep Learning có phong cách bắt buộc, hiệu suất cao. Trong H. Wallach, H. Larochelle, A. Beygelzimer, F. d'Alché-Buc, E. Fox và R. Garnett, các biên tập viên, Những tiến bộ trong Hệ thống xử lý thông tin thần kinh 32, trang 8024–8035. Curran Associates, Inc., 2019. 10.48550/arXiv.1912.01703.
https: / / doi.org/ 10.48550 / arXiv.1912.01703
Trích dẫn
[1] Ludmila Szulakowska và Jun Dai, “Tính năng tự điều chỉnh Bayesian của mô phỏng lượng tử mô hình Hubbard”, arXiv: 2210.03077, (2022).
Các trích dẫn trên là từ SAO / NASA ADS (cập nhật lần cuối thành công 2023 / 08-08 14:42:46). Danh sách có thể không đầy đủ vì không phải tất cả các nhà xuất bản đều cung cấp dữ liệu trích dẫn phù hợp và đầy đủ.
Không thể tìm nạp Crossref trích dẫn bởi dữ liệu trong lần thử cuối cùng 2023 / 08-08 14:42:44: Không thể tìm nạp dữ liệu được trích dẫn cho 10.22331 / q-2023 / 08-08-1077 từ Crossref. Điều này là bình thường nếu DOI đã được đăng ký gần đây.
Bài viết này được xuất bản trong Lượng tử dưới Creative Commons Ghi công 4.0 Quốc tế (CC BY 4.0) giấy phép. Bản quyền vẫn thuộc về chủ sở hữu bản quyền gốc như các tác giả hoặc tổ chức của họ.
- Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
- PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
- Trung tâmESG. Ô tô / Xe điện, Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
- BlockOffsets. Hiện đại hóa quyền sở hữu bù đắp môi trường. Truy cập Tại đây.
- nguồn: https://quantum-journal.org/papers/q-2023-08-08-1077/
