Czasopismo | ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA | Rocznik 2021 - zeszyt 11

KUBIT LOGICZNY

Logical qubit

10.15199/13.2021.11.5

Ryszard Romaniuk

nr katalogowy: 134717
10.15199/13.2021.11.5

Streszczenie

Kubit logiczny jest układem kwantowym rzeczywistym lub przeważnie wirtualnym, programistycznym realizującym funkcje pojedynczego kubitu fizycznego. Składa się zazwyczaj z wielu lub bardzo wielu kubitów fizycznych, lub pojedynczych modeli/ symboli kubitów fizycznych. W idealnym bramkowym układzie kwantowym, w zasadzie, kubit logiczny mógłby być niepotrzebny. Wszystkie operacje kwantowe mogą być wykonywane przez układ bramek jednokubitowych Pauliego X, Y ,Z, I, oraz H i dwukubitowych np. H-I, CX, CZ SWAP. Bramki wielokubitowe, np. CCX Toffoli, itp., mogą być wprowadzane w celu redukcji topologii układu i skrócenia długości łączących bramki drutów kwantowych. Sprzętowo i programistycznie redundancyjny kubit logiczny jest wprowadzany jako konieczny obecnie etap pośredni idealizujący, ale tylko do pewnego stopnia, zaszumione kubity fizyczne i ich nieidealne warunki pracy. Kubity logiczne mogą być wygodne do budowy oprogramowania kwantowego na poziomie logicznym, middleware, optymalizacji topologii i funkcjonalności bramkowych układów kwantowych, mitygacji błędów kwantowych, wirtualizacji układów/sieci kwantowych. Kosztem wprowadzenia kubitów logicznych jest zwiększone zużycie zasobów. Kubity logiczne są używane i praktycznie, i teoretycznie w układach komputingu kwantowego. W budowie przyszłego uniwersalnego komputera kwantowego UQC kubity logiczne i kwantowe bramki logiczne wydają się być niezastąpione.

Abstract

A logical qubit is a real or virtual, software-based quantum system that performs the functions of a single physical qubit. It usually consists of many or large number of physical qubits, or single models/symbols of physical qubits. In an ideal quantum gate system, in principle, a logical qubit might be unnecessary. All quantum operations can be performed by a system of single-qubit and double-qubit gates, eg CX and I-H. Multi-qubit gates, eg CCX, Toffoli, etc., can be introduced to reduce the topology of the system and shorten the length of the quantum wires connecting the gates. Hardware and software redundant logical qubits are being introduced as the now necessary intermediate step, idealizing, but only to a certain extent, noisy physical qubits and their imperfect working conditions/environment. Logical qubits can be convenient for building quantum software at the logical level, optimizing the topology and functionality of quantum gate systems, mitigating quantum errors, and virtualizing quantum systems/networks. The cost of introducing logical qubits is increased resource consumption. Logical qubits are used practically and theoretically in quantum computing circuits. In future universal quantum computers UQC the logical qubits seem to be indispensable.

Słowa kluczowe

Keywords

Bibliografia

[1] W.J.Munro, et al, 2021, Designing quantum computers, NTT Technical Review.
[2] J.M.Gambetta, J.M.Chow, M.Steffen, 2017, Building logical qubits in a superconducting quantum computing system, npjqi.
[3] M.H.Abbobeih, et al., 2021, Fault-tolerant operation of a logical qubit in a diamond quantum processor, arXiv:2108.01646
[4] L-H Luo, et al., 2021, Quantum teleportation of physical qubits into logical code spaces, arXiv:2009.06242
[5] A.Erhard, et al., 2020, Entangling logical qubits with lattice surgery, arXiv:2006.03071
[6] C.Duckering, et al., 2020, Virtualized Logical Qubits: A 2.5D Architecture for Error-Corrected Quantum Computing. arXiv: 2009.01982
[7] M.B.Hastings, J.Haah, 2021, Dynamically Generated Logical Qubits, arXiv:2107.02194
[8] A.Megrant, J.Kelly, et al., Google QAI, 2021, Exponential suppression of bit or phase errors with cyclic error correction, Nature 595, 383-387
[9] J.F.Marques, et al., 2021, Logical-qubit operations in an error- detecting surface code, arXiv:2102.1307
[10] M.Hanks, et al, 2020, Effective Compression of Quantum Braided Circuits Aided by ZX-Calculus, PR X 10, 041030
[11] T.S.Metodi, et al., 2005, A Quantum Logic Array Microarchitecture: Scalable Quantum Data Movement and Computation, arXiv:0509051
[12] W.K.Hensinger, 2021, Quantum computer based on shuttling trapped ions, Nature 592(7853), 190-191
[13] B. Eastin and E. Knill, 2009, Restrictions on Transversal Encoded Quantum Gate Sets, PRL. 102, 110502
[14] P.W.Shor, 1997, Fault-tolerant quantum computation, arXiv: 9605011
[15] J.Preskill, 1997, Fault-tolerant quantum computation, arXiv: 9712048
[16] T.J.O’Connor, R.Laflamme, 2013, Using concatenated quantum codes for universal fault-tolerant quantum gates, arXiv: 1309.3310
[17] D.Gottesmann, I.L.Chuang, 1999, Quantum teleportation is a universal computational primitive, arXiv:9908010
[18] Y-H.Luo, 2021, Quantum teleportation of physical qubits into logical code spaces, pnas 118(36), e2026250118
[19] S.Bravyi, A.Kitayev, 2004, Universal Quantum Computation with ideal Clifford gates and noisy ancillas, arXiv:0403025
[20] J.E.Moussa, 2016, Quantum circuits for qubit fusion, arXiv: 1512.06132

Jeśli masz wykupiony/przyznany dostęp - zaloguj się. Skorzystaj z naszych propozycji zakupu!

Publikacja


ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA- e-publikacja (pdf) z zeszytu 2021-11 , nr katalogowy 134717 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	10.00 zł

Zeszyt


ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA- e-zeszyt (pdf) 2021-11 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	35.00 zł

Prenumerata

ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA - prenumerata cyfrowa
licencja: Osobista

Produkt cyfrowy
Nowość

420.00 zł

ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA - papierowa prenumerata roczna + wysyłka
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA - papierowa prenumerata roczna	528.00 zł brutto 488.89 zł netto 39.11 zł VAT (stawka VAT 8%)
ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA - pakowanie i wysyłka	42.00 zł brutto 34.15 zł netto 7.85 zł VAT (stawka VAT 23%)

570.00 zł

ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA - PAKIET prenumerata PLUS
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA - PAKIET prenumerata PLUS (Prenumerata papierowa + dostęp do portalu sigma-not.pl + e-prenumerata)	636.00 zł brutto 588.89 zł netto 47.11 zł VAT (stawka VAT 8%)

636.00 zł

Zeszyt

2021-11

Twój Koszyk

Publikacja

Zeszyt

Prenumerata

Zeszyt

Czasopisma