arXiv:2012.14270v1 [quant-ph] 2020 年 12 月 16 日__

arXiv:2012.14270v1 [quant-ph] 2020 年 12 月 16 日

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arXiv:2012.14270v1 [quant-ph] 2020 年 12 月 16 日

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随着量子算法现在可以在多个物理系统上运行，量子计算已进入一个引人注目的科学时代。至关重要的是，构建者可以获得有关如何最好地组装一台功能齐全的量子计算机的反馈，从而制定量子系统工程策略。尽管在量子霸权实验[1]（一个精心设计的问题）中，量子计算能力已经超过了经典超级计算机，但科学家仍在寻找通用算法的计算优势[2]。这种进步受到当今系统的噪声和退相干的限制。因此，一个主要的研究领域是开发纠错量子计算机，其中噪声通过量子比特信息的冗余编码进行测量和校正，类似于经典纠错。表面代码目前是量子纠错的主要方法[3，4]，但一个严峻的挑战是每个逻辑量子位需要 1000 个物理量子位的巨大开销[5]。了解扩展到大型量子计算机的实用架构和途径目前是一个基本问题。尽管人们可以想象使用集成电路制造技术可以制造出多大的芯片，但一个严重的问题是如何控制大量的量子比特；对于一个经典的难解问题，估计有 100 k - 1 M 个量子比特 [6, 7]，假设门错误率为 ∼ 0.1% [5]。在这里，我讨论了量子比特控制系统所需的信息复杂性。主要思想是，为了使现有系统达到较小的量子比特误差，控制需要许多参数。通过调整这些参数可以校准量子计算机。例如，在量子霸权实验中，每个量子比特设置了 100 多个参数。因此，如此大量的控制参数意味着需要大量信息才能正确操作每个量子比特并降低错误率。这些信息可以存储为参数，也可以存储为要发送到量子比特的波形。无论控制系统的设计如何，在实现这种精细调节的控制时都必须具有合理的复杂性、体积和成本。这与典型的经典系统形成了鲜明的对比，在经典系统中，晶体管只是简单地连接到电源。为了将控制系统连接到量子比特，连接和控制似乎合理

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