Scatole confezionate

I meccanismi fisici alla base del rumore che si verificano durante l'esecuzione dei circuiti quantistici sono contestuali. Quando si applicano contemporaneamente operazioni su insiemi disgiunti di qubit, il profilo di rumore dell'operazione complessiva potrebbe differire dai profili di rumore delle singole parti che la compongono, se queste fossero applicate separatamente. Analogamente, per le operazioni che idealmente commutano sugli stessi qubit, il profilo di rumore associato alle singole operazioni potrebbe non commutare e potrebbe risultare del tutto diverso se l'ordine delle operazioni venisse modificato. Pertanto, i protocolli volti a sopprimere, attenuare e correggere il rumore devono conoscere il contesto in cui esso si manifesta.

Samplomatic utilizza le istruzioni relative ai box per ragionare su insiemi di operazioni circuitali che dovrebbero essere trattate come aventi un contesto di rumore stabile, e utilizza le annotazioni sui box per consentire agli utenti di dichiarare e configurare tale intento. Ogni box è uno scope che contiene un insieme di qubit, operazioni che agiscono su tali qubit e un elenco di annotazioni. Le annotazioni Samplomatic specificano le direttive e le modifiche. Le istruzioni specificano cosa fare con la scatola, ad esempio, farla ruotare. I "dressing" sono gruppi di porte parametrizzate da aggiungere sul lato sinistro o destro del riquadro; ad esempio, uno strato di porte a singolo qubit. I gate presenti in un circuito di elaborazione comprendono i gate della scatola e le operazioni necessarie per eseguire le istruzioni, quali le seguenti:

• I gate presenti nella casella che sono compatibili con i gate parametrizzati e si trovano sullo stesso lato.
• Cancelli rotanti estratti da un insieme per randomizzare la casella.
• Gate di iniezione di rumore campionati da una mappa di Pauli-Lindblad.
• Gate che modificano la base specificata dall'utente.

Si noti che le direttive possono modificare la formattazione di altre caselle.

Esempio

Supponiamo di voler "twirlare" il seguente circuito, aggiungendo porte di Pauli casuali prima e dopo le porte di entanglement parallele che non modificano il contenuto logico del circuito, ma che modificano il modello di rumore effettivo.

Dal circuito al giro di Pauli.

Ciò si ottiene suddividendo il circuito in riquadri e aggiungendo annotazioni a spirale.

Circuito con direttive di rotazione di Pauli. Il simbolo @ viene utilizzato per specificare le direttive; per impostazione predefinita, l'allineamento è a sinistra.

Ogni box "dressed" contiene uno strato di porte a singolo qubit e uno strato di porte di entanglement a due qubit su coppie di qubit disgiunte. Lo strato di porte di entanglement è circondato da strati di porte di Pauli casuali, in modo tale che l'azione logica della scatola rimanga invariata. Questi strati di Pauli casuali sono virtuali allo stesso modo di un gate Z virtuale. Non aggiungono operazioni al circuito, ma fungono piuttosto da direttiva per modificare il modo in cui vengono implementati i gate su singoli qubit adiacenti.

Circuito con connettori e porte conformi alle direttive. I condimenti sono rappresentati dai riquadri tratteggiati. Gli strati di Pauli collegati da frecce si annullano a vicenda. Lo strato finale di Pauli verrà applicato sotto forma di inversioni di bit ai risultati delle misurazioni.

Lo strato di Pauli casuale tra i gate di entanglement e i gate a singolo qubit è integrato nello strato dei gate a singolo qubit ed è implementato nel suo “dressing”. L'altro strato di Pauli casuale verrà incorporato nel rivestimento della prossima scatola rivestita.

In sintesi, la direttiva di rotazione a sinistra (o a destra) implementa un Pauli casuale nel dressing di questa casella e applica il Pauli che lo annulla nel dressing della casella successiva (o precedente). Le direttive "inject noise" e "basis change" sono analoghe.

Randomizzazione dei circuiti con porte virtuali

Samplomatic utilizza il modello dei gate virtuali per analizzare i circuiti composti da caselle "dressed". Dal punto di vista concettuale, e così come implementato in un’istanza Samplex generata dal processo build() , le porte virtuali vengono generate sul bordo del riquadro opposto al suo dressing. Questi cancelli virtuali vengono spostati lungo il circuito secondo uno schema prestabilito e devono essere combinati per formare una struttura. Se tutti i porte virtuali possono essere combinati in una configurazione, è possibile costruire proceduralmente delle randomizzazioni del circuito.

Circuito con direttive "twirl", "basis change" e "inject noise".

I gate situati ai lati della medicazione che sono compatibili con la parametrizzazione del modello della medicazione possono essere integrati in esso, riducendo così il numero di gate fisici. Si chiamano " easy gates". La parte restante della casella è denominata “hard” ed è implementata così com’è.

Esempi di circuiti con porte virtuali sospese. I cancelli virtuali sul lato opposto del camerino non hanno alcun punto in cui essere implementati.

Esempi di circuiti in cui tutte le porte virtuali sono organizzate in gruppi. Le misurazioni tengono conto dei bitflip indotti dai gate di Pauli che le compongono.

Esempio complesso in cui sono presenti tutte le porte virtuali. I cancelli virtuali generati da una casella possono essere combinati per formare diverse configurazioni.

Ciò consente di realizzare costruzioni in cui le scatole rifinite non devono necessariamente avere la stessa larghezza.