Kubit logiczny

• Autorzy: Romaniuk Ryszard

Identyfikatory

DOI

10.15199/13.2021.11.5

Warianty tytułu

EN

Logical qubit

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

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.

EN

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

PL

kubit; kubit fizyczny; kubit logiczny; kubity wirtualne; kubit programistyczny; logiczne bramki kwantowe; bramkowe układy kwantowe; szum kwantowy; błędy kwantowe; komputing kwantowy; NISQ; ECQC; SFTQC; UQC

EN

qubit; physical qubit; logical qubit; virtual qubits; software qubit; logical quantum gates; gate-based quantum circuits; quantum noise; quantum errors; quantum computing; NISQ; ECQC; SFTQC; UQC

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2021
• Tom: Vol. 62, nr 11
• Strony: 23--30
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz.

Twórcy

autor

Romaniuk Ryszard

• Politechnika Warszawska, Instytut Systemów Elektronicznych

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