ノイズ中規模量子ハードウェアにおけるパロンド戦略を用いた量子カオス制御

科学分野:

• 量子コンピューティング
• 量子カオス
• 量子情報科学

背景:

• ノイズ中規模量子（NISQ）コンピュータは進歩しており、特定のタスクでは古典的なスーパーコンピュータの機能に近づいています。
• 量子カオスは、複雑な現象であり、量子計算に課題と機会をもたらします。

研究 の 目的:

• NISQシステムにおける量子カオスを探求および制御すること。
• カオス制御のために巡回グラフ上で離散時間量子ウォーク（DTQW）を実装すること。
• パロンドのパラドックス戦略を使用して量子カオスから秩序への遷移を調査すること。

主な方法:

• 3サイクルおよび4サイクルグラフ上で離散時間量子ウォーク（DTQW）を利用しました。
• 量子フーリエ変換を使用して、NISQハードウェア上での量子ウォークの実装を最適化しました。
• パロンドのパラドックス戦略を適用して、量子カオスダイナミクスを実験的に制御しました。
• 3サイクルグラフ上で動的デカップリングパルスを使用して忠実度の向上を調査しました。

主要な成果:

• 奇数（3サイクル）および偶数（4サイクル）グラフの両方で、量子カオスから秩序への遷移を実証しました。
• 4サイクルグラフで高忠実度の量子進化を達成しました。
• 動的デカップリングを使用して3サイクルグラフの忠実度が大幅に向上しました。
• 3つの異なるNISQデバイスでアプローチを検証しました。

結論:

• 実際の量子ハードウェア上で量子カオスダイナミクスを調査および制御するための実用的な方法を開発しました。
• 量子ウォークを活用した将来の量子アルゴリズムおよび暗号プロトコルのための基盤を築きました。
• 複雑な量子現象の研究におけるNISQデバイスの可能性を強調しました。