مقاله کاهش نویز کلاسیک چندگانه با کنترل بهینه کوانتومی قوی چند هدفه

چکیده

High-quality control is a fundamental requirement for quantum computation, but practically it is often hampered by the presence of various types of noises, which can be static or time-dependent. In many realistic scenarios, multiple noise sources coexist, and their resulting noise effects need be corrected to a sufficient order, posing significant challenges for the design of effective robust control methods. Here, we explore the method of robust quantum optimal control to generally tackle the problem of resisting multiple noises from a complicated noise environment. Specifically, we confine our analysis to unitary noises that can be described by classical noise models. This method employs a gradient-based multiobjective optimization algorithm to maximize the control figure of merit, and meanwhile to minimize the perturbative effects of the noises that are allowed for. To verify its effectiveness, we apply this method to a number of examples, including roubust entangling gate in trapped ion system and robust controlled-Z gate in superconducting qubits, under commonly encountered static and time-dependent noises. Our simulation results reveal that robust optimal control can find smooth, robust pulses that can simultaneously resist several noises and thus achieve high-fidelity gates. Therefore, we expect that this method will find wide applications on current noisy quantum computing devices.

چکیده به فارسی (ترجمه ماشینی)

کنترل با کیفیت بالا یک نیاز اساسی برای محاسبه کوانتومی است ، اما عملاً اغلب با حضور انواع مختلف صداها مانع می شود که می تواند استاتیک یا وابسته به زمان باشد.در بسیاری از سناریوهای واقع گرایانه ، منابع سر و صدای متعدد همزیستی هستند و اثرات سر و صدای حاصل از آنها باید به یک ترتیب کافی اصلاح شود و چالش های مهمی برای طراحی روشهای کنترل مؤثر قوی ایجاد می کند.در اینجا ، ما روش کنترل بهینه کوانتومی قوی را بررسی می کنیم تا به طور کلی مشکل مقاومت در برابر صداهای متعدد از یک محیط سر و صدای پیچیده را برطرف کنیم.به طور خاص ، ما تجزیه و تحلیل خود را به صداهای واحد محدود می کنیم که می تواند توسط مدل های نویز کلاسیک توصیف شود.این روش از یک الگوریتم بهینه سازی چند منظوره مبتنی بر گرادیان برای به حداکثر رساندن شکل کنترل شایستگی استفاده می کند ، و در عین حال برای به حداقل رساندن اثرات آشفتگی صداهایی که برای آن مجاز است به حداقل می رسد.برای تأیید اثربخشی آن ، ما این روش را در تعدادی از مثالها ، از جمله دروازه درهم و برهم Roubust در سیستم یونی به دام افتاده و دروازه کنترل شده قوی در قاب های ابررسانا ، تحت صداهای استاتیک و وابسته به زمان قرار می دهیم.نتایج شبیه سازی ما نشان می دهد که کنترل بهینه قوی می تواند پالس های صاف و قوی پیدا کند که همزمان می تواند در برابر چندین سر و صدایی مقاومت کند و در نتیجه به دروازه های وفاداری بالا برسد.بنابراین ، ما انتظار داریم که این روش برنامه های گسترده ای در دستگاه های محاسبات کوانتومی پر سر و صدا پیدا کند.