Pulse-level simulations of the fermionic-simulation gate on a superconducting quantum processor
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Perustieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2024-03-12
Department
Major/Subject
Materials Physics and Quantum Technology
Mcode
SCI3107
Degree programme
Master’s Programme in Engineering Physics
Language
en
Pages
59
Series
Abstract
Superconducting circuits form the basis for one of the most promising quantum computing platforms. As quantum computers scale up in the number of qubits, the promise of solving problems beyond the capabilities of classical computers becomes increasingly tangible. Quantum computers with large set of fast and high-accuracy operations, so-called quantum gates, have an edge in achieving quantum advantage. In this thesis, we carry out pulse-level simulations in order to determine if a quantum processor utilizing the tunable-coupler design by IQM Quantum Computers is capable of implementing fast and high-accuracy fermionic simulation (FSim) gates. The FSim gate is an operation between two qubits, the properties of which can be tuned with two continuous-valued angle parameters. The ability to implement a a variety of FSim gates can help reduce the number of operations needed to run quantum algorithms, which decreases errors. We present such combinations of these two parameters that allow fast FSim operation with high accuracy. Furthermore, we analyze the coherent error sources in the FSim gate, and find that leakage to non-computational states is the limiting factor for fast FSim gates. We show that leakage can be significantly mitigated by optimizing the shape of the flux pulses used to implement the FSim gate. In addition, we study how different combinations of the essential system parameters affects the FSim gate accuracy. We conclude that the tunable-coupler design studied in this work is well-suited for implementing fast FSim and high-accuracy FSim gates.Suprajohtavat piirit muodostavat perustan yhdelle lupaavimmista kvanttitietokoneiden alustoista. Kvanttitietokoneiden kubittimäärän kasvessa mahdollisuus ratkaista ongelmia, jotka ylittävät klassisten tietokoneiden kyvyt, muuttuu yhä konkreettisemmaksi. Kvanttihyödyn saavuttamiseksi on etu, jos kvanttitietokoneella voi tehdä suuren joukon nopeita ja korkealaatuisia operaatioita, niin sanottuja kvanttiportteja, kubittien välillä. Tässä diplomityössä esitämme pulssitason simulaatioilla laskettuja tuloksia, joiden avulla selvitämme, onko IQM Quantum Computersin suunnittelemalla säädettävällä kytkinpiirillä varustettu kvanttiprosessori kykenevä toteuttamaan nopeita ja korkean tarkkuuden fermionisimulaatioportteja (FSim). FSim-portti on operaatio kahden kubitin välillä, ja sen toimintaa voidaan säätää kahden jatkuva-arvoisen kulmaparametrin avulla. Kyky toteuttaa FSim-portteja useilla eri kulmapareilla auttaa vähentämään kvanttialgoritmien ajoon vaadittavaa porttimäärää, mikä vähentää virheitä. Simulaatiotulosten perusteella esitämme sellaiset näiden kahden parametrin yhdistelmät, joilla voidaan toteuttaa FSim-portti nopeasti ja suurella tarkkuudella. Lisäksi analysoimme FSim-portin koherentit virhelähteet ja toteamme, että vuoto on rajoittava tekijä nopeiden FSim-porttien toteuttamisessa. Osoitamme, vuodosta aiheutuvaa virhettä voidaan pienentää merkittävästi optimoimalla porttien toteuttamisessa käytettyjen vuopulssien muotoa. Lisäksi tutkimme, miten järjestelmän parametrien säätäminen vaikuttaa FSim portilla toteutettaviin kulmayhdistelmiin ja keskimääräiseen tarkkuuteen. Toteamme, että kyseinen säädettävä kytkinpiiri sopii hyvin nopeiden ja tarkkojen FSim-porttien toteutukseen.Description
Supervisor
Möttönen, MikkoThesis advisor
Tuorila, JaniOrell, Tuure
Keywords
FSim, quantum gate, tunable coupler, quantum computing