Дослідження цифрових кубіт для неоднорідних цифрових квантових копроцесорів

Анотація

Останнім часом разом із зростанням інтересу до квантових комп'ютерів (до реальних квантових комп'ютерів, які за
своєю природою є аналогові та ймовірнісні пристрої), зростає інтерес і до їх цифрових версій, як програмних, так і
апаратних. Апаратна реалізація цифрових квантових комп'ютерів передбачає використання програмованих логічних
інтегральних мікросхем. Уже створено цифровий квантовий копроцесор, який має в своєму складі понад тисячу цифрових
кубіт і може виконувати такі складні алгоритми як квантове перетворення Фур'є. Створений і працездатний цифровий
квантовий копроцесор вже зараз можна використовувати для відпрацювання різних квантових алгоритмів, алгоритмів
взаємодії класичного комп'ютера і його квантового копроцесора, а також для дослідження різних варіантів побудови
цифрових кубіт. Метою даної роботи як раз і є дослідження впливу точності представлення стану цифрового кубіта на
ймовірність отримання правильних результатів цифровим квантовим копроцесором. Для дослідження обрано неоднорідний
цифровий квантовий копроцесор з тридцятьма двома цифровими кубітами, який виконує квантове перетворення Фур'є. У
статті описано основи побудови цифрових квантових копроцесорів. Наведено схеми, які ілюструють взаємодію класичного
комп'ютера і квантового копроцесора, архітектуру копроцесора і можливі структури його цифрових кубіт. Показано два
варіанти копроцесора – однорідний, з одним генератором псевдовипадкових кодів і одним компаратором, і неоднорідний, з
генератором і компаратором в кожній цифровій квантовій комірці, з яких складаються цифрові кубіти. Також показано два
варіанти компараторів – з прямим функціональним перетворювачем та із зворотнім. У цій роботі досліджено вплив
розрядності кодів стану кубіта в неоднорідних цифрових квантових копроцесорах на ймовірність формування
копроцесорами правильних результатів. Було показано, що ймовірність отримання правильних результатів на виході
цифрового неоднорідного копроцесора різко поліпшується до п’ятдесяти відсотків із зменшенням розрядності коду стану
кубіта, тобто, із зменшенням апаратних витрат на побудову копроцесора. При розрядності, що дорівнює двом бітам, якість
роботи неоднорідного копроцесора стає порівняною з якістю роботи однорідного копроцесора. Показано необхідність
проведення додаткових досліджень в цьому напрямку, в тому числі, і з однорідними копроцесорами.