Мониторинг и контроль качества функционирования современных систем квантовых вычислений

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 19-71-10091

НазваниеМониторинг и контроль качества функционирования современных систем квантовых вычислений

Руководитель Киктенко Евгений Олегович, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Общество с ограниченной ответственностью "Международный центр квантовой оптики и квантовых технологий" , г Москва

Конкурс №41 - Конкурс 2019 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 01 - Математика, информатика и науки о системах; 01-212 - Квантовые методы обработки информации

Ключевые слова Квантовые вычисления, квантовая обработка информации, квантовый компьютер, квантовая томография, квантовые вентили, информационно-полные измерения

Код ГРНТИ27.35.57

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Парадигма квантовых вычислений предлагает принципиально новый подход к задачам обработки информации. В отличие от классических вычислений, где единицей информации является бит (величина, которая может находиться в двух состояниях), в квантовых вычислениях идет оперирование квантовыми битами (кубитами) — физическими объектами, которые могут находиться в произвольной суперпозиции ортогональных квантовых состояний. Использование кубитов открывает новые возможности в решении задач: продемонстрировано, что квантовые алгоритмы дают экспоненциальный выигрыш в скорости решения некоторых математических задач по сравнению с лучшими алгоритмами, разработанными для классических компьютеров. Создание полноценного многокубитного квантового компьютера связано с серьезными техническими трудностями, обусловленными так называемыми процессами декогеренции -- необратимые взаимодействиями элементов квантового процессора с неконтролируемым окружением. Важнейшей задачей, возникающей в рамках борьбы с декогеренцией, является выявление некорректно функционирующих элементов квантовых процессоров с целью их физической перекалибровки, либо устранения ошибок на программном уровне путем использования дополнительных преобразований над квантовыми состояниями кубитов. Настоящий проект посвящен развитию новых эффективных методов непрерывного мониторинга функционирования базовых элементов квантового процессора, не требующих специального запуска существующих протоколов квантовой томографии. Данный подход особенно актуален с точки зрения современной парадигмы облачных квантовых вычислений, в рамках которой независимые пользователи через сеть Интернет могут запустить квантовые алгоритмы на удаленном квантовом компьютере. Разрабатываемые методы должны позволить осуществлять сбор информации о состоянии квантовых процессоров “на лету” (on-the-fly), основываясь исключительно на данных о запускаемых алгоритмах (независимо разрабатываемых пользователями) и получаемых результатах (распределениях результатов финальных измерений). Стоит отметить, что данный научный проект представляет особую актуальность для существующих квантовых компьютеров, содержащих 50-100 кубит, в которых невозможно использование квантовых методов коррекции ошибок. Другим важным аспектом, обуславливающим актуальность настоящего проекта, также является независимость разрабатываемых методов для мониторинга и контроля реализации базовых операций от конкретной физической реализации кубитов данного процессора. Это могут быть как сверхпроводниковые технологии, так и ультра-холодные атомы, фотоны, и т.д.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Чернега В.Н., Манько О.В., Манько В.И. Probability Representation of Photon States and Tomography Journal of Russian Laser Research, Volume 40, Issue 6, pp 503–514 (год публикации - 2019)
10.1007/s10946-019-09831-2

2. Киктенко Е.О., Николаева А.С., Пенг Шу, Шляпников Г.В., Федоров А.К. Scalable quantum computing with qudits on a graph Physical Review A, vol. 101, 022304 (год публикации - 2020)
10.1103/PhysRevA.101.022304

3. Андреев В.А., Манько М.А., Манько В.И. Quantizer–dequantizer operators as a tool for formulating the quantization procedure Physics Letters A, Volume 384, Issue 17, 126349 (год публикации - 2020)
10.1016/j.physleta.2020.126349

4. Киктенко Е.О., Малышев А.О., Мастюкова А.С., Манько В.И., Федоров А.К., Крушински Д. Probability representation of quantum dynamics using pseudostochastic maps Physical Review A, vol. 101, 052320 (год публикации - 2020)
10.1103/PhysRevA.101.052320

5. Яшин В.И., Киктенко Е.О., Мастюкова А.С., Федоров А.К. Minimal informationally complete measurements for probability representation of quantum dynamics New Journal of Physics, 22, 103026 (год публикации - 2020)
10.1088/1367-2630/abb963

6. Чернега В.Н., Манько М.А., Манько В.И. PT -Symmetric Qubit-System States in the Probability Representation of Quantum Mechanics Symmetry, 12, 1702 (год публикации - 2020)
10.3390/sym12101702

7. Беккер Л.Р., Яшин В.И., Курсов Д.В., Федоров А.К., Грицев В. Lie-algebraic approach to one-dimensional translationally invariant free-fermionic dissipative systems Physical Review A, 102, 052220 (год публикации - 2020)
10.1103/PhysRevA.102.052220

8. Чернега В.Н., Манько М.А., Манько В.И. Schrodinger Equation For Energy Levels As A Linear Equation For Probability Distributions Identified With Quantum States Journal of Russian Laser Research, Volume 41, Number 5, Pages 441-450 (год публикации - 2020)
10.1007/s10946-020-09897-3

9. Адам П., Андреев В.А., Манько М.А., Манько В.И., Мечлер М. Star-product Formalism For The Probability And Mean-value Representations Of Qudits Journal of Russian Laser Research, Volume 41, Number 5, Pages 470-483 (год публикации - 2020)
10.1007/s10946-020-09900-x

10. Хьу Я.., Честно И., Седов Е., Киктенко Е., Федоров А.К., Шумахер С., Ма Х., Кавокин А. Split-ring polariton condensates as macroscopic two-level quantum systems Phys. Rev. Research, 3, 013099 (2021) (год публикации - 2021)
10.1103/PhysRevResearch.3.013099

11. Манько О.В., Манько В.И. Probability Representation of Quantum States Entropy, 23(5), 549 (год публикации - 2021)
10.3390/e23050549

12. Адам П., Андреев В.А., Манько М.А., Манько В.И., Мечлер М. Properties of Quantizer and Dequantizer Operators for Qudit States and Parametric Down-Conversion Symmetry, 13, 131 (год публикации - 2021)
10.3390/sym13010131

13. Киктенко Е.О., Яшин В.И., Малышев А.О., Куликов Д.А., Мастюкова А.С., Манько В.И., Крушинский Д., Федоров А.К. Псевдостохастическое представление процессов в квантовых вычислениях Наноиндустрия, Том: 13, Номер: S4 (99), Страницы: 655-657 (год публикации - 2020)
10.22184/1993-8578.2020.13.4s.655.657

14. Киктенко Е.О., Николаева А.С., Федоров А.К. Квантовые вычисления с использованием многоуровневых квантовых систем Наноиндустрия, Том: 13, Номер: S4 (99), Страницы: 649-651 (год публикации - 2020)
10.22184/1993-8578.2020.13.4s.649.651

15. Чернега В.Н., Манько М.А., Манько В.И. Quantized-energy Equation For N-level Atom In The Probability Representation Of Quantum Mechanics Journal of Russian Laser Research, Volume 41, Number 6, Pages 576-583 (год публикации - 2020)
10.1007/s10946-020-09912-7

16. Лопез-Сальдивар Дж.А., Манько М.А., Манько В.И. Nonlinear differential dynamics of Gaussian States AIP Conference Proceedings, Vol. 2362, 040007 (год публикации - 2021)
10.1063/5.0054953

17. Лучников И.А., Кречетов М.Е., Филиппов С.Н. Riemannian geometry and automatic differentiation for optimization problems of quantum physics and quantum technologies New Journal of Physics, Vol. 23, 073006 (год публикации - 2021)
10.1088/1367-2630/ac0b02

18. Лопез-Сальдивар Х.А., Манько М.А., Манько В.И. Measurement of the Temperature Using the Tomographic Representation of Thermal States for Quadratic Hamiltonians Entropy, 23(11), 1445 (год публикации - 2021)
10.3390/e23111445

19. Николаева А.С., Киктенко Е.О., Федоров А.К. Decomposing the generalized Toffoli gate with qutrits Phys. Rev. A, 105, 032621 (год публикации - 2022)
10.1103/PhysRevA.105.032621

20. Лопез-Сальдивар Х.А., Манько М.А., Манько В.И. Symplectic tomographic probability distribution of crystallized Schrödinger cat states Physics Letters A, Volume 434, 128044 (год публикации - 2022)
10.1016/j.physleta.2022.128044

21. Федоров А.Ю., Манько В.И. Superposition Principle for Qubit States in the Spin-Projection Mean Representation Journal of Russian Laser Research, Vol. 43, 82–89 (год публикации - 2022)
10.1007/s10946-022-10025-6

22. Лотков А.И., Грицев В., Федоров А.К., Курлов Д.В. Floquet integrability and long-range entanglement generation in the one-dimensional quantum Potts model Phys. Rev. B, 105, 144306 (год публикации - 2022)
PhysRevB.105.144306

23. Чернега В.Н., Манько О.В., Манько В.И. Entangled Qubit States and Linear Entropy in the Probability Representation of Quantum Mechanics Entropy, 24,527 (год публикации - 2022)
10.3390/e24040527

24. Антипов А.В., Киктенко Е.О., Федоров А.К. Efficient realization of quantum primitives for Shor’s algorithm using PennyLane library PLoS ONE, 17(7): e0271462 (год публикации - 2022)
10.1371/journal.pone.0271462

25. Золоторев Я.Ф., Лучников И.А., Лопез-Сальдивар Х.А., Федоров А.К., Киктенко Е.О. Continuous Monitoring for Noisy Intermediate-Scale Quantum Processors Phys. Rev. Applied, 19, 014027 (год публикации - 2023)
10.1103/PhysRevApplied.19.014027

Публикации

11. Манько О.В., Манько В.И. Probability Representation of Quantum States Entropy, 23(5), 549 (год публикации - 2021)
10.3390/e23050549

Публикации

11. Манько О.В., Манько В.И. Probability Representation of Quantum States Entropy, 23(5), 549 (год публикации - 2021)
10.3390/e23050549