```html Հեղինակներ՝ Ալմուդենա Կարերա Վազկես Կարոլինա Տոռնոու Դիեգո Ռիստե Ստեֆան Վյոռներ Մաիկա Տակիտա Դենիել Ջ. Էգգեր ՄAbstract Քվանտային համակարգիչները մշակում են տեղեկատվությունը քվանտային մեխանիկայի օրենքներով։ Ներկայիս քվանտային սարքավորումները աղմկոտ են, կարող են տեղեկատվություն պահել միայն կարճ ժամանակով և սահմանափակված են մի քանի քվանտային բիթերով, այսինքն՝ քյուբիթներով, որոնք սովորաբար դասավորված են հարթ կապակցվածությամբ ։ Այնուամենայնիվ, քվանտային հաշվարկների շատ կիրառություններ պահանջում են ավելի շատ կապակցվածություն, քան սարքավորումների կողմից առաջարկվող հարթ ցանցը, ավելի շատ քյուբիթներով, քան հասանելի է մեկ քվանտային պրոցեսորային միավորի (QPU) վրա։ Համայնքը հույս ունի հաղթահարել այս սահմանափակումները՝ միացնելով QPU-ները դասական կապի միջոցով, ինչը դեռևս փորձնականորեն չի ապացուցվել։ Այստեղ մենք փորձնականորեն իրականացնում ենք սխալների մեղմացված դինամիկ շրջանառություններ և շրջանառության կտրում՝ ստեղծելու քվանտային վիճակներ, որոնք պահանջում են պարբերական կապակցվածություն՝ օգտագործելով մինչև 142 քյուբիթ, որոնք տարածվում են երկու QPU-ների վրա՝ յուրաքանչյուրում 127 քյուբիթ, իրական ժամանակում միացված դասական կապի միջոցով։ Դինամիկ շրջանառության մեջ քվանտային դարպասները կարող են դասականորեն վերահսկվել միջ-շրջանառության չափումների արդյունքներով՝ ընթացքում, այսինքն՝ քյուբիթների կոհերենտության ժամանակի մի մասում։ 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 կառավարման հոսքը բարելավում է քյուբիթների կապակցվածությունը և սարքավորումների հրահանգների հավաքածուն, այդպիսով ավելացնելով մեր քվանտային համակարգիչների բազմակողմանիությունը։ Մեր աշխատանքը ցույց է տալիս, որ մենք կարող ենք օգտագործել մի քանի քվանտային պրոցեսորներ որպես մեկը՝ սխալների մեղմացված դինամիկ շրջանառություններով, որոնք ակտիվացված են իրական ժամանակի դասական կապի միջոցով։ 1 Հիմնական Քվանտային համակարգիչները մշակում են քվանտային բիթերում կոդավորված տեղեկատվությունը ունիտարային օպերացիաներով։ Այնուամենայնիվ, քվանտային համակարգիչները աղմկոտ են, և շատ մեծածավալ ճարտարապետություններ ֆիզիկական քյուբիթները դասավորում են հարթ ցանցում։ Չնայած դրան, ներկայիս սխալների մեղմացմամբ պրոցեսորները կարող են սիմուլյացիա անել սարքավորումներին բնորոշ Ising մոդելներ 127 քյուբիթով և չափել դիտարկելի մեծություններ այնպիսի մասշտաբով, որտեղ դասական համակարգիչներով կատարվող ուժային մոտեցումները սկսում են դժվարանալ ։ Քվանտային համակարգիչների օգտակարությունը կախված է հետագա մասշտաբավորումից և դրանց սահմանափակ քյուբիթային կապակցվածության հաղթահարումից։ Մոդուլային մոտեցումը կարևոր է ներկայիս աղմկոտ քվանտային պրոցեսորների մասշտաբավորման համար և խափանումներից զերծ աշխատանքի համար անհրաժեշտ մեծ քանակությամբ ֆիզիկական քյուբիթներ ձեռք բերելու համար ։ Բռնված իոնային և չեզոք ատոմային ճարտարապետությունները կարող են մոդուլայնություն ձեռք բերել՝ ֆիզիկապես տեղափոխելով քյուբիթները , ։ Մոտ ապագայում գերհաղորդիչ քյուբիթների մոդուլայնությունը ձեռք է բերվում կարճ միջակայքային միացումներով, որոնք կապում են հարևան չիպերը , ։ 1 2 3 4 5 6 7 8 Միջին տերմինում, միկրոալիքային ռեժիմում գործող երկար միջակայքային դարպասները կարող են իրականացվել երկար ավանդական մալուխների միջով , , ։ Սա թույլ կտա ոչ հարթ քյուբիթային կապակցվածություն, որը հարմար է արդյունավետ սխալների ուղղման համար ։ Երկարաժամկետ այլընտրանքը հեռակա QPU-ների միացումն է օպտիկական կապի միջոցով՝ օգտագործելով միկրոալիքային-օպտիկական փոխարկում , որը, մեր իմացության համաձայն, դեռևս չի ցուցադրվել։ Ավելին, դինամիկ շրջանառությունները ընդլայնում են քվանտային համակարգչի գործողությունների հավաքածուն՝ իրականացնելով միջ-շրջանառության չափումներ (MCM) և դասականորեն վերահսկելով դարպասը քյուբիթների կոհերենտության ժամանակի ընթացքում։ Նրանք բարելավում են ալգորիթմային որակը և քյուբիթային կապակցվածությունը ։ Ինչպես մենք կցուցադրենք, դինամիկ շրջանառությունները նաև հնարավորություն են տալիս մոդուլայնություն՝ միացնելով QPU-ները իրական ժամանակում դասական կապի միջոցով։ 9 10 11 3 12 13 14 Մենք ընդունում ենք լրացուցիչ մոտեցում, որը հիմնված է վիրտուալ դարպասների վրա՝ երկար միջակայքային փոխազդեցություններ իրականացնելու համար մոդուլային ճարտարապետության մեջ։ Մենք միացնում ենք քյուբիթներ ցանկացած վայրում և ստեղծում ենք փոխազդեցության վիճակագրությունները քվազի-վիճակագրական ապակոմպոզիցիայի (QPD) , , ։ Մենք համեմատում ենք միայն տեղական օպերացիաների (LO) սխեման դասական կապի (LOCC) միջոցով լրացված մեկի հետ։ LO սխեման, որը ցուցադրվել է երկու քյուբիթային պարամետրերով , պահանջում է բազմաթիվ քվանտային շրջանառություններ միայն տեղական օպերացիաներով։ Ընդհակառակը, LOCC իրականացնելու համար մենք օգտագործում ենք վիրտուալ Բել զույգերը տելեպորտացիայի շրջանառության մեջ՝ երկու քյուբիթային դարպասներ ստեղծելու համար , ։ Խիտ և հարթ կապակցվածություն ունեցող քվանտային սարքավորումներում, ցանկացած քյուբիթների միջև Բել զույգ ստեղծելու համար պահանջվում է երկար միջակայքային Controlled-NOT (CNOT) դարպաս։ Այս դարպասները խուսափելու համար մենք օգտագործում ենք QPD տեղական օպերացիաների վրա, որն արդյունք է տալիս կտրված Բել զույգերի, որոնք տելեպորտացիան օգտագործում է։ LO-ն դասական կապի կարիք չունի, ուստի ավելի պարզ է իրականացնել, քան LOCC-ը։ Այնուամենայնիվ, քանի որ LOCC-ը պահանջում է միայն մեկ պարամետրային նմուշային 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 կատարում է չորս հիմնական ներդրում։ Նախ, մենք ներկայացնում ենք քվանտային շրջանառությունները և QPD-ն՝ բազմաթիվ կտրված Բել զույգեր ստեղծելու համար՝ իրականացնելու համար վիրտուալ դարպասները ref. ։ Երկրորդ, մենք ճնշում և մեղմացնում ենք սխալները, որոնք առաջանում են դինամիկ շրջանառություններում դասական կառավարման սարքավորումների լատենտությունից դինամիկական մեկուսացման և զրոյական աղմուկի արտահանման համադրությամբ ։ Երրորդ, մենք օգտագործում ենք այս մեթոդները 103-միավոր ցանցային վիճակի վրա պարբերական սահմանային պայմաններ ինժեներելու համար։ Չորրորդ, մենք ցուցադրում ենք երկու առանձին QPU-ների միջև իրական ժամանակի դասական կապ՝ այդպիսով ցույց տալով, որ բաշխված QPU-ների համակարգը կարող է գործել որպես մեկը՝ դասական կապի միջոցով ։ Միավորելով դինամիկ շրջանառություններով, դա մեզ թույլ է տալիս գործարկել երկու չիպերը որպես մեկ քվանտային համակարգիչ, ինչը մենք օրինակում ենք՝ 142 քյուբիթով երկու սարքերի վրա տարածվող պարբերական ցանցային վիճակ ինժեներելով։ Մենք քննարկում ենք երկար միջակայքային դարպասներ ստեղծելու ուղին և տալիս մեր եզրակացությունը։ 17 21 22 23 Շրջանառության կտրում Մենք գործարկում ենք մեծ քվանտային շրջանառություններ, որոնք չեն կարող ուղղակիորեն կատարվել մեր սարքավորման վրա՝ քյուբիթների քանակի կամ կապակցվածության սահմանափակումների պատճառով՝ կտրելով դարպասները։ Շրջանառության կտրումը բարդ շրջանառությունը բաժանում է ենթաշրջանառությունների, որոնք կարող են առանձնապես կատարվել , , , , , ։ Սակայն, մենք պետք է գործարկենք ավելացված քանակությամբ շրջանառություններ, որոնք մենք անվանում ենք նմուշային գերբեռնվածություն։ Այս ենթաշրջանառությունների արդյունքները այնուհետև դասականորեն վերամիավորվում են՝ ստանալու համար բնօրինակ շրջանառության արդյունքը (տես )։ 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 անհրաժեշտ կտրված Բել զույգերը տեղական օպերացիաներով։ Այստեղ բազմաթիվ կտրված Բել զույգեր ինժեներվում են պարամետրային քվանտային շրջանառություններով, որոնք մենք անվանում ենք կտրված Բել զույգի գործարան (Նկ. )։ Միաժամանակ բազմաթիվ զույգեր կտրելը պահանջում է ավելի ցածր նմուշային գերբեռնվածություն ։ Քանի որ կտրված Բել զույգի գործարանը ձևավորում է երկու անջատված քվանտային շրջանառություն, մենք յուրաքանչյուր ենթաշրջանառություն տեղադրում ենք քյուբիթներին մոտ, որոնք ունեն երկար միջակայքային դարպասներ։ Այնուհետև արդյունքում ստացված ռեսուրսը օգտագործվում է տելեպորտացիայի շրջանառության մեջ։ Օրինակ, Նկ. -ում, կտրված Բել զույգերը օգտագործվում են CNOT դարպասներ ստեղծելու համար (0, 1) և (2, 3) քյուբիթների զույգերի վրա (տես « » բաժինը)։ 1b,c 17 1b Կտրված Բել զույգերի գործարաններ , IBM Quantum System Two ճարտարապետության պատկերում։ Այստեղ, երկու 127 քյուբիթային Eagle QPU-ները միացված են իրական ժամանակի դասական կապով։ Յուրաքանչյուր QPU վերահսկվում է իր էլեկտրոնիկայով իր ռեկում։ Մենք սերտորեն համաժամացնում ենք երկու ռեկերը՝ երկու QPU-ները գործարկելու որպես մեկը։ , Շրջանառության նմուշ՝ վիրտուալ CNOT դարպասներ իրականացնելու համար (q0, q1) և (q2, q3) քյուբիթների զույգերի վրա LOCC-ով՝ օգտագործելով կտրված Բել զույգերը տելեպորտացիայի շրջանառության մեջ։ Մանուշակագույն կրկնակի գծերը համապատասխանում են իրական ժամանակի դասական կապին։ , Կտրված Բել զույգերի գործարաններ C2( ) երկու միաժամանակ կտրված Բել զույգերի համար։ QPD-ն ունի ընդհանուր առմամբ 27 տարբեր պարամետրային հավաքածուներ ։ Այստեղ, ։ ա b c θ i θ i Պարբերական սահմանային պայմաններ Մենք կառուցում ենք ցանցային վիճակ |G⟩ պարբերական սահմանային պայմաններով ibm_kyiv-ում, Eagle պրոցեսորում , անցնելով դրա ֆիզիկական կապակցվածության սահմանները (տես « » բաժինը)։ Այստեղ, ունի ∣V∣ = 103 հանգույցներ և պահանջում է չորս երկար միջակայքային կապեր = {(1, 95), (2, 98), (6, 102), (7, 97)} Eagle պրոցեսորի վերին և ստորին քյուբիթների միջև (Նկ. )։ Մենք չափում ենք հանգույցի ստաբիլիզատորները յուրաքանչյուր հանգույցում ∈ և կապի ստաբիլիզատորները, որոնք ձևավորվում են արտադրյալով յուրաքանչյուր կապի վրա (i, j) ∈ ։ Այս ստաբիլիզատորներից մենք կառուցում ենք փոխազդեցության վկա , որը բացասական է, եթե կա երկկողմանի փոխազդեցություն կապի (i, j) ∈ վրա (հղում ) (տես « » բաժինը)։ Մենք կենտրոնանում ենք երկկողմանի փոխազդեցության վրա, քանի որ դա այն ռեսուրսն է, որը մենք ցանկանում ենք վերստեղծել վիրտուալ դարպասներով։ Երկուից ավելի կողմերի միջև փոխազդեցության վկաների չափումը կչափի միայն ոչ-վիրտուալ դարպասների և չափումների որակը, ինչը վիրտուալ դարպասների ազդեցությունը ավելի պակաս պարզ կդարձնի։ 1 Ցանցային վիճակներ G Elr 2a Si i V SiSj E E 27 Փոխազդեցության վկան , Ծանր-վեցանկյուն ցանցը ինքն իր մեջ ծալվում է խողովակի ձևով (1, 95), (2, 98), (6, 102) և (7, 97) կապերով, որոնք ընդգծված են կապույտով։ Մենք կտրում ենք այս կապերը։ , Հանգույցի ստաբիլիզատորներ (վերև) և վկաներ , (ներքև), 1 ստանդարտ շեղումով հանգույցների և կապերի համար, որոնք մոտ են երկար միջակայքային կապերին։ Եղային սև գծերը խմբավորում են ստաբիլիզատորներն ու վկաները՝ ըստ դրանց հեռավորության կտրված կապերից։ , Ստաբիլիզատորի սխալների կուտակային բաշխման ֆունկցիան։ Աստղիկները նշում են հանգույցի ստաբիլիզատորներ , որոնք ունեն երկար միջակայքային դարպասով իրականացված կապ։ Կտրված կապի բենչմարկում (կետագծային կարմիր գիծ), երկար միջակայքային դարպասները չեն իրականացվում, և աստղիկով նշված ստաբիլիզատորները, հետևաբար, ունեն միավոր սխալ։ Մոխրագույն տարածքը հավանականության զանգվածն է, որը համապատասխանում է կտրումներից տուժած հանգույցի ստաբիլիզատորներին։ – , Երկչափ դասավորություններում, կանաչ հանգույցները կրկնօրինակում են 95, 98, 102 և 97 հանգույցները՝ կտրված կապերը ցույց տալու համար։ մեջ կապույտ հանգույցները քյուբիթային ռեսուրսներ են՝ կտրված Բել զույգեր ստեղծելու համար։ Հանգույցի գույնը այն չափված ստաբիլիզատորի բացարձակ սխալն է ∣Si − 1∣, ինչպես նշված է գույների սանդղակով։ Կապը սև է, եթե փոխազդեցության վիճակագրությունները հայտնաբերվում են 99% վստահության մակարդակով, և մանուշակագույն, եթե ոչ։ մեջ, երկար միջակայքային դարպասները իրականացվում են SWAP դարպասներով։ մեջ, նույն դարպասները իրականացվում են LOCC-ով։ մեջ, դրանք ընդհանրապես չեն իրականացվում։ ա b Sj c Sj d f e i d e f Մենք |G⟩ պատրաստում ենք երեք տարբեր մեթոդներով։ Սարքավորումներին բնորոշ կապերը միշտ իրականացվում են CNOT դարպասներով, բայց պարբերական սահմանային պայմանները իրականացվում են (1) SWAP դարպասներով, (2) LOCC-ով և (3) LO-ով՝ քյուբիթները միացնելու համար ողջ ցանցով։ LOCC-ի և LO-ի հիմնական տարբերությունը կերպարանավորման գործողությունն է, որը բ
