```html Հեղինակներ՝ Ալմուդենա Կարերա Վասկես Կարոլինա Տոռնով Դիեգո Ռիստե Ստեֆան Վյոռներ Մայկա Տակիտա Դանիել Ջ. Էգեր Ամփոփում Քվանտային համակարգիչները տեղեկատվությունը մշակում են քվանտային մեխանիկայի օրենքներով։ Ներկայիս քվանտային սարքավորումները աղմկոտ են, կարող են տեղեկատվությունը պահպանել կարճ ժամանակով և սահմանափակվում են մի քանի քվանտային բիթերով, այսինքն՝ քվանտային բիթերով, որոնք սովորաբար դասավորված են հարթ կապակցվածության մեջ ։ Այնուամենայնիվ, քվանտային հաշվարկի շատ կիրառություններ պահանջում են ավելի մեծ կապակցվածություն, քան հարթ ցանցը, որն առաջարկվում է սարքավորումների կողմից ավելի շատ քվանտային բիթերով, քան հասանելի է մեկ քվանտային պրոցեսորային միավորում (QPU): Համայնքը հույս ունի լուծել այս սահմանափակումները՝ միացնելով QPU-ները դասական հաղորդակցության միջոցով, ինչը դեռևս փորձնականորեն չի ապացուցվել։ Այստեղ մենք փորձնականորեն իրականացնում ենք սխալների մեղմացված դինամիկ շրջանառություններ և շրջանառության կտրում՝ պարբերական կապակցվածություն պահանջող քվանտային վիճակներ ստեղծելու համար՝ օգտագործելով մինչև 142 քվանտային բիթեր, որոնք ընդգրկում են երկու QPU՝ յուրաքանչյուրը 127 քվանտային բիթերով, որոնք իրական ժամանակում միացված են դասական կապով։ Դինամիկ շրջանառության մեջ քվանտային դարպասները կարող են դասականորեն վերահսկվել միջ-շրջանառային չափումների արդյունքներով՝ գործարկման ընթացքում, այսինքն՝ քվանտային բիթերի հնարավորության ժամկետի մի մասի ընթացքում։ Մեր իրական ժամանակի դասական կապը մեզ հնարավորություն է տալիս քվանտային դարպաս կիրառել մեկ QPU-ի վրա՝ պայմանավորված մեկ այլ QPU-ի չափման արդյունքով։ Ավելին, սխալների մեղմացված կառավարումը բարելավում է քվանտային բիթերի կապակցվածությունը և սարքավորումների հրահանգների բազմությունը, այդպիսով ավելացնելով մեր քվանտային համակարգիչների բազմակողմանիությունը։ Մեր աշխատանքը ցույց է տալիս, որ մենք կարող ենք մի քանի քվանտային պրոցեսոր օգտագործել որպես մեկը՝ սխալների մեղմացված դինամիկ շրջանառությունների միջոցով, որոնք աշխատում են իրական ժամանակի դասական կապի շնորհիվ։ 1 Գլխավոր Քվանտային համակարգիչները տեղեկատվությունը մշակում են միավորային գործողություններով կոդավորված քվանտային բիթերում։ Սակայն, քվանտային համակարգիչները աղմկոտ են, և ճարտարապետությունների մեծ մասը ֆիզիկական քվանտային բիթերը դասավորում է հարթ ցանցում։ Այնուամենայնիվ, սխալների մեղմացմամբ ներկայիս պրոցեսորները կարող են սիմուլյացիա անել 127 քվանտային բիթերի ապարատային բնույթի Ising մոդելներ, և չափել դիտարկելիքները այնպիսի մասշտաբով, որտեղ ուժային մոտեցումները դասական համակարգիչներով սկսում են դժվարանալ ։ Քվանտային համակարգիչների օգտակարությունը կախված է հետագա մասշտաբայնացումից և դրանց սահմանափակ քվանտային բիթերի կապակցվածության հաղթահարումից։ Մոդուլային մոտեցումը կարևոր է ներկայիս աղմկոտ քվանտային պրոցեսորների մասշտաբայնացման համար և ֆոլտ-թոլերանտության համար անհրաժեշտ ֆիզիկական քվանտային բիթերի մեծ քանակության հասնելու համար ։ Շիկացած իոնների և չեզոք ատոմների ճարտարապետությունները կարող են ձեռք բերել մոդուլայնություն՝ ֆիզիկապես տեղափոխելով քվանտային բիթերը , ։ Մոտ ապագայում, գերհաղորդիչ քվանտային բիթերի մոդուլայնությունը ձեռք է բերվում կարճ հեռահար միացումներով, որոնք կապում են հարևան չիպերը , : 1 2 3 4 5 6 7 8 Միջին ժամկետում, միկրոալիքային տիրույթում գործող երկարատև դարպասները կարող են իրականացվել երկար դասական մալուխների միջով , , ։ Սա կզարգացներ ոչ-հարթ քվանտային բիթերի կապակցվածություն, որը հարմար է արդյունավետ սխալների շտկման համար ։ Երկարաժամկետ այլընտրանք է հեռավոր QPU-ները օպտիկական կապով միացնելը՝ օգտագործելով միկրոալիքային-օպտիկական փոխարկում , որը, մեր իմացության համաձայն, դեռևս չի ցուցադրվել։ Ավելին, դինամիկ շրջանառությունները ընդլայնում են քվանտային համակարգիչի գործողությունների բազմությունը՝ կատարելով միջ-շրջանառային չափումներ (MCMs) և դասականորեն վերահսկելով դարպասը քվանտային բիթերի հնարավորության ժամկետի ընթացքում։ Նրանք բարելավում են ալգորիթմական որակը և քվանտային բիթերի կապակցվածությունը ։ Ինչպես մենք կցույց տանք, դինամիկ շրջանառությունները նաև հնարավորություն են տալիս մոդուլայնություն՝ իրական ժամանակում QPU-ները դասական կապի միջոցով միացնելով։ 9 10 11 3 12 13 14 Մենք մոտենում ենք լրացուցիչ հիմունքներով՝ օգտագործելով վիրտուալ դարպասներ՝ երկարատև փոխազդեցություններ իրականացնելու համար մոդուլային ճարտարապետության մեջ։ Մենք միացնում ենք քվանտային բիթերը ցանկացած վայրում և ստեղծում ենք հանգույցի վիճակագրությունը քվազի-հավանականական քայքայման (QPD) միջոցով , , ։ Մենք համեմատում ենք տեղական գործողությունների (LO) միայն սխեման դասական հաղորդակցությամբ (LOCC) հարստացվածին ։ LO սխեման, որը ցուցադրվել է երկու քվանտային բիթերի պարամետրերով , պահանջում է մի քանի քվանտային շրջանառություններ միայն տեղական գործողություններով։ Ի հակադրություն, LOCC-ը իրականացնելու համար մենք օգտագործում ենք վիրտուալ Bell զույգեր տելեպորտացիայի շրջանառության մեջ՝ երկու քվանտային բիթերի դարպասներ ստեղծելու համար , ։ Քվանտային սարքավորումների վրա՝ նոսր և հարթ կապակցվածությամբ, ցանկացած երկու քվանտային բիթերի միջև Bell զույգ ստեղծելու համար պահանջվում է երկարատև կառավարվող-NOT (CNOT) դարպաս։ Այս դարպասները խուսափելու համար մենք օգտագործում ենք QPD՝ տեղական գործողությունների վրա, որը հանգեցնում է կտրված Bell զույգերի, որոնք տելեպորտացիան օգտագործում է։ LO-ն դասական կապի կարիք չունի, և այդպիսով ավելի պարզ է իրականացնել, քան LOCC-ը։ Այնուամենայնիվ, քանի որ LOCC-ը պահանջում է միայն մեկ պարամետրիզացված ձևանմուշ շրջանառություն, այն ավելի արդյունավետ է կոմպիլացնելու համար, քան LO-ն, և դրա QPD-ի արժեքը ցածր է, քան LO սխեման։ 15 16 17 16 17 18 19 20 Մեր աշխատանքը ներառում է չորս հիմնական ներդրումներ։ Առաջին, մենք ներկայացնում ենք քվանտային շրջանառությունները և QPD-ն՝ բազմաթիվ կտրված Bell զույգեր ստեղծելու համար՝ ref. 17-ում նկարագրված վիրտուալ դարպասները իրականացնելու համար։ Երկրորդ, մենք ճնշում և մեղմացնում ենք դինամիկ շրջանառություններում դասական կառավարման սարքավորումների ուշացումից առաջացած սխալները դինամիկական անջատման և զրո-համաձայնության արտահամարման համադրությամբ ։ Երրորդ, մենք օգտագործում ենք այս մեթոդները՝ 103-հանգույց գրաֆի վիճակագրության վրա պարբերական սահմանային պայմաններ ինժեներական անելու համար։ Չորրորդ, մենք ցուցադրում ենք իրական ժամանակի դասական կապը երկու առանձին QPU-ների միջև՝ դրանով իսկ ցույց տալով, որ բաշխված QPU-ների համակարգը կարող է գործարկվել որպես մեկը՝ դասական կապի միջոցով ։ Միավորված դինամիկ շրջանառությունների հետ, սա մեզ հնարավորություն է տալիս երկու չիպերն էլ գործարկել որպես մեկ քվանտային համակարգիչ, ինչը մենք օրինակ ենք բերում՝ 142 քվանտային բիթերով երկու սարքերը ընդգրկող պարբերական գրաֆի վիճակ ինժեներական անելով։ Մենք քննարկում ենք երկարատև դարպասներ ստեղծելու ուղին և ներկայացնում մեր եզրակացությունը։ 21 22 23 Շրջանառության կտրում Մենք գործարկում ենք մեծ քվանտային շրջանառություններ, որոնք կարող են ուղղակիորեն չկատարվել մեր սարքավորումների վրա՝ քվանտային բիթերի քանակի կամ կապակցվածության սահմանափակումների պատճառով՝ կտրելով դարպասները։ Շրջանառության կտրումը բարդ շրջանառությունը քայքայում է ենթաշրջանառությունների, որոնք կարող են առանձին կատարվել , , , , , ։ Սակայն, մենք պետք է գործարկենք շրջանառությունների ավելացած քանակ, որը մենք անվանում ենք նմուշառման ավելորդություն։ Այս ենթաշրջանառություններից ստացված արդյունքները այնուհետև դասականորեն միավորվում են՝ օրիգինալ շրջանառության արդյունքը ստանալու համար ( ): 15 16 17 24 25 26 Մեթոդներ Քանի որ մեր աշխատանքի հիմնական ներդրումներից մեկը LOCC-ով վիրտուալ դարպասների իրականացումն է, մենք ցույց ենք տալիս, թե ինչպես ստեղծել պահանջվող կտրված Bell զույգերը տեղական գործողություններով։ Այստեղ, բազմաթիվ կտրված Bell զույգեր ինժեներական են պարամետրիզացված քվանտային շրջանառություններով, որոնք մենք անվանում ենք կտրված Bell զույգի գործարան (Նկ. ): Միաժամանակ մի քանի զույգ կտրելը պահանջում է ավելի ցածր նմուշառման ավելորդություն ։ Քանի որ կտրված Bell զույգի գործարանը ձևավորում է երկու անջատ քվանտային շրջանառություններ, մենք յուրաքանչյուր ենթաշրջանառություն տեղադրում ենք մոտ քվանտային բիթերին, որոնք ունեն երկարատև դարպասներ։ Այնուհետև ստացված ռեսուրսը օգտագործվում է տելեպորտացիայի շրջանառության մեջ։ Օրինակ, Նկ. -ում, կտրված Bell զույգերը օգտագործվում են CNOT դարպասներ ստեղծելու համար քվանտային բիթերի (0, 1) և (2, 3) զույգերի վրա (տես « » բաժինը)։ 1b,c 17 1b Կտրված Bell զույգի գործարաններ , IBM Quantum System Two ճարտարապետության պատկերում։ Այստեղ, երկու 127 քվանտային բիթ ունեցող Eagle QPU-ները միացված են իրական ժամանակի դասական կապով։ Յուրաքանչյուր QPU վերահսկվում է իր էլեկտրոնիկայով իր դարակի մեջ։ Մենք սերտորեն համաժամացնում ենք երկու դարակները՝ երկու QPU-ները որպես մեկը գործարկելու համար։ , Ձևանմուշ քվանտային շրջանառություն՝ երկու քվանտային բիթերի ( 0, 1) և ( 2, 3) զույգերի վրա վիրտուալ CNOT դարպասներ իրականացնելու համար LOCC-ով՝ տելեպորտացիայի շրջանառության մեջ կտրված Bell զույգեր օգտագործելով։ Ծիրանագույն կրկնակի գծերը համապատասխանում են իրական ժամանակի դասական կապին։ , Կտրված Bell զույգի գործարաններ 2( ) երկու միաժամանակ կտրված Bell զույգերի համար։ QPD-ն ունի ընդհանուր առմամբ 27 տարբեր պարամետրերի բազմություններ ։ Այստեղ, . ա բ q q q q գ C θ i θ i Պարբերական սահմանային պայմաններ Մենք կառուցում ենք մի գրաֆի վիճակ | ⟩ պարբերական սահմանային պայմաններով ibm_kyiv-ում, Eagle պրոցեսորում , որը գերազանցում է դրա ֆիզիկական կապակցվածության սահմանները (տես « » բաժինը)։ Այստեղ, ունի ∣ ∣ = 103 հանգույցներ և պահանջում է չորս երկարատև կապեր lr = {(1, 95), (2, 98), (6, 102), (7, 97)} Eagle պրոցեսորի վերին և ստորին քվանտային բիթերի միջև (Նկ. )։ Մենք չափում ենք հանգույցի ստաբիլիզատորները յուրաքանչյուր հանգույցում ∈ և ծայրային ստաբիլիզատորները, որոնք ձևավորվում են արտադրյալով յուրաքանչյուր ծայրի ( , ) ∈ միջև։ Այս ստաբիլիզատորներից մենք կառուցում ենք հանգույցի վկայություն , որը բացասական է, եթե կա երկուստեք հանգույց ( , ) ∈ միջև (հղում ) (տես « » բաժինը)։ Մենք կենտրոնանում ենք երկուստեք հանգույցի վրա, քանի որ դա այն ռեսուրսն է, որը մենք ցանկանում ենք վերստեղծել վիրտուալ դարպասներով։ Ավելի քան երկու կուսակցությունների միջև հանգույցի վկայություններ չափելը կչափի միայն ոչ-վիրտուալ դարպասների և չափումների որակը, ինչը վիրտուալ դարպասների ազդեցությունը պակաս պարզ կդարձնի։ G 1 Գրաֆի վիճակներ G V E 2a Si i V SiSj i j E i j E 27 Հանգույցի վկայություն , Ծանր-վեցանկյուն գրաֆը ծալվում է իր վրա խողովակի ձևով՝ (1, 95), (2, 98), (6, 102) և (7, 97) կապերով, որոնք ընդգծված են կապույտով։ Մենք կտրում ենք այս կապերը։ , Հանգույցի ստաբիլիզատորները (վերև) և վկայությունները , (ներքև), 1 ստանդարտ շեղումով հանգույցների և կապերի համար՝ մոտ երկարատև կապերին։ Վերտիկալ ընդհատված գծերը խմբավորում են ստաբիլիզատորները և վկայությունները ըստ դրանց հեռավորության կտրված կապերից։ , Ստաբիլիզատորի սխալների կուտակային բաշխման գործառույթը։ Աստղիկները ցույց են տալիս հանգույցի ստաբիլիզատորները , որոնք ունեն կապի միջոցով իրականացված ծայր։ Կտրված ծայրի փորձարկում մոդելում (ներքև-կետավոր կարմիր գիծ), երկարատև կապերը չեն իրականացվում, և աստղիկով նշված ստաբիլիզատորներն այդպիսով ունեն միավոր սխալ։ Մոխրագույն տարածքը հավանականության զանգվածն է, որը համապատասխանում է հանգույցի ստաբիլիզատորներին, որոնք ազդում են կտրումներից։ – , Երկու չափման դասավորություններում, կանաչ հանգույցները կրկնօրինակում են 95, 98, 102 և 97 հանգույցները՝ կտրված ծայրերը ցույց տալու համար։ մեջ գտնվող կապույտ հանգույցները քվանտային բիթային ռեսուրսներ են՝ կտրված Bell զույգեր ստեղծելու համար։ Հանգույցի գույնը հանդիսանում է չափված ստաբիլիզատորի ∣ − 1∣ բացարձակ սխալը, ինչպես նշված է գույնի սանդղակով։ Ծայրը սև է, եթե հանգույցի վիճակագրությունը հայտնաբերվում է 99% վստահության մակարդակով, և մանուշակագույն, եթե ոչ։ մեջ, երկարատև կապերը իրականացվում են SWAP դարպասներով։ մեջ, նույն դարպասները իրականացվում են LOCC-ով։ մեջ, դրանք չեն իրականացվում։ ա բ Sj գ Sj դ ֆ ե i Si դ ե ֆ Մենք | ⟩ պատրաստում ենք երեք տարբեր մեթոդներով։ Սարքավորման բնույթի կապերը միշտ իրականացվում են CNOT դարպասներով, բայց պարբերական սահմանային պայմանները իրականացվում են (1) SWAP դարպասներով, (2) LOCC-ով և (3) LO-ով՝ ամբողջ ցանցով քվանտային բիթեր միացնելու համար։ LOCC-ի և LO-ի միջև հիմնական տարբերությունը կերպարի փոխանցման գործողությունն է, որը բաղկացած է միաշերտ քվանտային դարպասներից, G
