.Quantum Computing Breakthrough Achieves 99.98% Gate Fidelity

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양자 컴퓨팅 혁신으로 99.98% 게이트 충실도 달성

양자 컴퓨팅 오류 수정 개념

리켄 ( RIKEN)2024년 11월 27일

양자 컴퓨팅 오류 수정 개념 연구자들은 새로운 이중 트랜스몬 커플러를 사용하여 게이트 충실도를 최대 99.98%까지 달성하여 보다 안정적이고 확장 가능한 양자 컴퓨팅의 길을 열었습니다. 출처: SciTechDaily.com

연구자들은 새로운 이중 트랜스몬 커플러를 사용하여 최대 99.98%의 높은 게이트 충실도를 달성했습니다. 이 개발은 양자 컴퓨팅 성능을 향상시키고 내결함성 시스템으로의 발전을 지원합니다.

RIKEN 양자 컴퓨팅 센터와 Toshiba의 연구원들은 이전에 양자 게이트의 충실도를 크게 향상시키기 위해 이론적으로 제안된 장치인 이중 트랜스몬 커플러(DTC)를 사용하여 양자 컴퓨터 게이트를 개발했습니다. 이 혁신을 통해 팀은 CZ 게이트라고 알려진 2큐비트 장치의 충실도 99.92%, 단일 큐비트 게이트의 충실도 99.98%를 달성했습니다. Q-LEAP 프로젝트의 일부인 이 획기적인 성과는 노이즈가 많은 중간 규모 양자(NISQ) 장치의 성능을 향상시킬 뿐만 아니라, 보다 효과적인 오류 수정을 통해 내결함성 양자 계산을 위한 토대를 마련합니다.

DTC로 강화된 게이트 충실도 DTC는 두 개의 고정 주파수 트랜스몬(전하로 인한 노이즈에 덜 민감하도록 설계된 큐비트 유형)으로 구성된 새로운 튜닝 가능 커플러로, 추가 조셉슨 접합을 포함하는 루프를 통해 연결됩니다. 이 아키텍처는 양자 컴퓨팅의 중요한 과제인 큐비트 간의 고충실도 연결을 달성하는 데 도움이 됩니다. 고충실도는 오류를 줄이고 양자 계산의 신뢰성을 높이는 데 필수적입니다. DTC는 상당한 주파수 차이(디튜닝)가 있는 큐비트에 대해서도 빠르고 충실도가 높은 2큐비트 게이트 작동을 가능하게 하면서 잔여 상호작용을 최소화함으로써 두드러진다.

단일 큐비트 게이트는 충실도 수준이 99.9%에 도달한 반면, 2큐비트 게이트는 일반적으로 1% 이상의 오류율을 보였으며, 이는 주로 ZZ 상호작용과 같은 원치 않는 큐비트 상호작용으로 인해 발생했다. DTC 접근 방식은 이러한 문제를 직접 해결하여 양자 게이트 기술의 주요 발전을 나타낸다. 양자 오류 수정 최적화 Physical Review X 에 게재된 현재 연구의 핵심은 강화 학습이라고 알려진 기계 학습 유형을 사용하는 최첨단 제조 기술을 사용하여 게이트를 구성하는 것입니다 . 이 접근 방식을 통해 연구자들은 DTC의 이론적 잠재력을 실제 응용 프로그램으로 전환할 수 있었습니다. 그들은 이 접근 방식을 사용하여 시스템 내에 남아 있는 두 가지 유형의 오류(누출 오류와 탈분극 오류) 간의 균형을 이루고 두 오류 소스 간의 최적의 절충안으로 48나노초 길이를 선택했습니다.

덕분에 그들은 이 분야에서 보고된 것 중 가장 높은 충실도 수준을 달성할 수 있었습니다. 양자 기술의 미래 전망 RIKEN 양자 컴퓨팅 센터의 야스노부 나카무라 이사는 "양자 게이트의 오류율을 줄임으로써 우리는 더욱 신뢰할 수 있고 정확한 양자 계산을 가능하게 했습니다. 이는 특히 양자 컴퓨팅의 미래인 내결함성 양자 컴퓨터의 개발에 중요합니다."라고 말했습니다.

그는 "이 장치는 고도로 디튠된 큐비트로 효과적으로 작동할 수 있는 능력으로 인해 다양한 양자 컴퓨팅 아키텍처를 위한 다재다능하고 경쟁력 있는 빌딩 블록이 됩니다. 이러한 적응성 덕분에 기존 및 미래의 초전도 양자 프로세서에 통합하여 전반적인 성능과 확장성을 향상시킬 수 있습니다. 앞으로는 비일관적인 오류를 최소화하는 데 도움이 될 수 있으므로 더 짧은 게이트 길이를 달성하려고 할 계획입니다."라고 덧붙였습니다.

참고문헌: Rui Li, Kentaro Kubo, Yinghao Ho, Zhiguang Yan, Yasunobu Nakamura 및 Hayato Goto의 "더블 트랜스몬 커플러 기반 고충실도 CZ 게이트 구현", 2024년 11월 21일, Physical Review X. DOI : 10.1103/PhysRevX.14.041050

https://scitechdaily.com/quantum-computing-breakthrough-achieves-99-98-gate-fidelity/

mssoms
b메모 2411280422 소스1.분석_【】

1.
양자 컴퓨팅 혁신으로 99.98% 게이트 충실도 달성했다.
연구자들은 새로운 이중 트랜스몬 커플러를 사용하여 최대 99.98%의 높은 게이트 충실도를 달성했다. 이 개발은 양자 컴퓨팅 성능을 향상시키고 내결함성 시스템으로의 발전을 지원한다.

연구원들은 이전에 양자 게이트의 충실도를 크게 향상시키기 위해 이론적으로 제안된 장치인 이중 트랜스몬 커플러(DTC)를 사용하여 양자 컴퓨터 게이트를 개발했다. 이 혁신을 통해 팀은 CZ 게이트라고 알려진 2큐비트 장치의 충실도 99.92%, 단일 큐비트 게이트의 충실도 99.98%를 달성했다.

Q-LEAP 프로젝트의 일부인 이 획기적인 성과는 노이즈가 많은 중간 규모 양자(NISQ) 장치의 성능을 향상시킬 뿐만 아니라, 보다 효과적인 오류 수정을 통해 내결함성 양자 계산을 위한 토대를 마련한다.

2.
DTC로 강화된 게이트 충실도
[2]DTC는 두 개의 고정 주파수 트랜스몬(전하로 인한 노이즈에 덜 민감하도록 설계된 큐비트 유형)으로 구성된 새로운 튜닝 가능 커플러로, 추가 조셉슨 접합을 포함하는 루프를 통해 연결]된다.

이 아키텍처는 양자 컴퓨팅의 중요한 과제인 큐비트 간의 고충실도 연결을 달성하는 데 도움이 된다. 고충실도는 오류를 줄이고 양자 계산의 신뢰성을 높이는 데 필수적이다.

DTC는 상당한 주파수 차이(디튜닝)가 있는 큐비트에 대해서도 빠르고 충실도가 높은 2큐비트 게이트 작동을 가능하게 하면서 잔여 상호작용을 최소화함으로써 두드러진다. 단일 큐비트 게이트는 충실도 수준이 99.9%에 도달한 반면, 2큐비트 게이트는 일반적으로 1% 이상의 오류율을 보였으며, 이는 주로 ZZ 상호작용과 같은 원치 않는 큐비트 상호작용으로 인해 발생했다. DTC 접근 방식은 이러한 문제를 직접 해결하여 양자 게이트 기술의 주요 발전을 나타낸다.

_[2】두 개의 고정 주파수 트랜스몬(전하로 인한 노이즈에 덜 민감하도록 설계된 큐비트 유형)으로 구성된 새로운 튜닝 가능 커플러로, 추가 조셉슨 접합을 포함하는 루프를 통해 연결된다?

두개의 주파수는 서로 다른 msoser() 정의역일 때, 마치 qpeoms.tsp간 비접촉 공동 xyz 라인의 얽힘의 조센슨 효과가 나타난다. 어허. 이는 그동안 oser로 msoss를 이루는 매카니즘에 대한 기원이 qpeoms.tsp에 관련돼 있으리란 추측에 조셉슨 효과에 따른 비접촉 초전도체 현상과 같다는 뜻으로 해석될 정의역()이다. 여기서 오류률을 줄이는 문제는 전체 ms사이드의 값 (전하0.1) 요구에 순간적으로 수렴된다. 어허. 여기서 ms규모가 우주적이여도 그 순간적 타이밍은 속도에 구속받지 않는 양자 얽힘이 존재한다. 으음.

참고로, Josephson effect란 초전도체와 초전도체 사이에 전류가 흐르지 못하는 부도체를 끼워넣어도 전류가 흐르는 현상을 말한다. 2개의 초전도체는 비전도 장벽으로 연결(Josephson Junction, 조지프슨 접합)되어 있으며, 이 장벽을 넘는 전류는 조지프슨 전류라고 불린다.

조지프슨의 예측 전에 정상적인 (즉, 비초전도) 전자는 터널 효과를 수단으로 절연 장벽을 통해 유동할 수 있는 것으로 알려져 있었으나 초전도체에서 쿠퍼 쌍에 대한 유사한 효과는 알려지지 않았다.

3.
양자 기술의 미래 전망
[3]양자 게이트의 오류율을 줄임으로써 우리는 더욱 신뢰할 수 있고 정확한 양자 계산을 가능하게 했다. 이는 특히 양자 컴퓨팅의 미래인 내결함성 양자 컴퓨터]의 개발에 중요하다.

이 장치는 고도로 디튠된 큐비트로 효과적으로 작동할 수 있는 능력으로 인해 다양한 양자 컴퓨팅 아키텍처를 위한 다재다능하고 경쟁력 있는 빌딩 블록이 된다.

_[3】잘 알지는 못하지만 큐비트간 연산에는 오류율이 존재하는데 이는 주파수의 접합에 불량률이 높은 것으로 보인다. 만약에 이러한 큐비트간 연결에 무작위 불량률을 근본적으로 줄이려면 qpeoms 개념의 큐비트 분포도 단위가 도입되어야 한다. 그 단위들이 연결하여 조셉슨 접합 상태의 중첩을 이루면 양자컴퓨팅이 순조롭게 진행되는 msbase경로를 경험할 것이다. 허허.

mssoms
bmemo 2411280422 Source1. Analysis_【】

1.
Achieved 99.98% gate fidelity with quantum computing breakthrough.
The researchers achieved high gate fidelity of up to 99.98% using a novel dual transmon coupler. This development enhances quantum computing performance and supports the advancement of fault-tolerant systems.

The researchers previously developed a quantum computer gate using a dual transmon coupler (DTC), a device theoretically proposed to significantly improve the fidelity of quantum gates. With this breakthrough, the team achieved 99.92% fidelity for a two-qubit device known as a CZ gate and 99.98% fidelity for a single-qubit gate.

This breakthrough, part of the Q-LEAP project, not only improves the performance of noisy intermediate-scale quantum (NISQ) devices, but also lays the foundation for fault-tolerant quantum computation through more effective error correction.

2.
DTC-enhanced gate fidelity
[2]DTC is a novel tunable coupler consisting of two fixed-frequency transmons (a type of qubit designed to be less sensitive to charge-induced noise) connected through a loop with an additional Josephson junction.

This architecture helps achieve high-fidelity connections between qubits, a key challenge in quantum computing. High fidelity is essential for reducing errors and increasing the reliability of quantum computation.

DTC stands out by minimizing residual interactions while enabling fast and high-fidelity two-qubit gate operations even for qubits with significant frequency differences (detuning). While single-qubit gates have achieved fidelity levels of 99.9%, two-qubit gates have typically exhibited error rates of 1% or higher, mainly due to undesired qubit interactions such as ZZ interactions. The DTC approach directly addresses this issue, representing a major advance in quantum gate technology.

_[2] A new tunable coupler consisting of two fixed-frequency transmons (a type of qubit designed to be less sensitive to noise due to charge), connected through a loop with an additional Josephson junction?

When the two frequencies are in different msoser() domains, the Josefson effect of entanglement of non-contacting joint xyz lines between qpeoms.tsp appears. Oh. This is a domain that can be interpreted as meaning that the origin of the mechanism for forming msoss with oser is related to qpeoms.tsp, which is similar to the phenomenon of non-contacting superconductivity due to the Josephson effect. The problem of reducing the error rate here instantaneously converges to the requirement of the entire ms-side value (charge 0.1). Oh. Here, quantum entanglement exists where the ms-scale is cosmic, but the instantaneous timing is not bound by speed. Hmm.

For reference, the Josephson effect refers to the phenomenon in which current flows even when an insulator is inserted between superconductors. The two superconductors are connected by a non-conducting barrier (Josephson Junction), and the current that crosses this barrier is called the Josephson current.

Before Josephson's prediction, it was known that normal (i.e., non-superconducting) electrons could flow through the insulating barrier by means of the tunneling effect, but a similar effect for Cooper pairs in superconductors was not known.

3.
Future prospects for quantum technology
[3] By reducing the error rate of quantum gates, we have enabled more reliable and accurate quantum computation. This is especially important for the development of fault-tolerant quantum computers, the future of quantum computing.

This device becomes a versatile and competitive building block for various quantum computing architectures due to its ability to operate effectively with highly detuned qubits.

_[3] I don't know much, but there is an error rate in qubit operations, and it seems that the failure rate is high in the frequency connection. If we want to fundamentally reduce the random failure rate in this qubit connection, we should introduce the qubit distribution unit of the concept of qpeoms. If those units are connected and form a superposition of Josephson junction states, we will experience the msbase path where quantum computing proceeds smoothly. Hehe.

sample qoms (standard)
0000000011=2,0
0000001100
0000001100
0000010010
0001100000
0101000000
0010010000
0100100000
2000000000
0010000001

sample pms (standard)
q0000000000
00q00000000
0000q000000
000000q0000
00000000q00
0000000000q
0q000000000
000q0000000
00000q00000
0000000q000
000000000q0

sample msoss

zxdxybzyz
zxdzxezxz
xxbyyxzz
zybzzfxzy
cadccbcdc
cdbdcbdbb
xzezxdyyx
zxezybzyy
bddbcbdca