Simulação de canais quânticos usando preparação variacional de estados
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Date
2023-10-13Primeiro membro da banca
Costa, Ana Cristina Sprotte
Segundo membro da banca
Duzzion, Eduardo Inacio
Metadata
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Os computadores quânticos ainda possuem erros que os mantém na classificação
dos computadores Quânticos Ruidosos de Escala Intermediária (NISQ). Dentre as diversas ferramentas capazes de contornar alguns problemas dos computadores NISQ,
temos o Algoritmo Quântico Variacional (AQV). Esse algoritmo pode ser útil em quase
todas as sub-áreas da computação quântica, como, por exemplo, em correção de
erros, compilação, otimização combinatória e simulações de dinâmicas. Esses algoritmos possuem processos de otimização em portas paramétricas de rotação e podem
fazer o uso dos otimizadores bem fundamentados no aprendizado de máquina da computação clássica. Alguns estudos do formalismo de Mecânica quântica nos levam a
possíveis experimentos em um computador quântico, mas, devido à sua sensibilidade,
esses experimentos requerem calibração diária. Quando lidamos com um ambiente
externo, o sistema se comporta como um sistema aberto, regido por um operador unitário no espaço de estados global e descrito por um mapa completamente positivo que
preserva o traço (CPPT) no espaço dos estados local. Chamamos esses processos
de canais quânticos, que resultam em um estado evoluído ao longo do tempo. Através
desse formalismo da representação em soma dos operadores de Kraus, obtemos os
estados evoluídos por meio de cálculos analíticos e comparamos a coerência desse
estado com a coerência do estado evoluído que obtemos por meio do protocolo de simulação de canais quânticos ruidosos proposto em [M. S. Zanetti, D. F. Pinto, M. L. W.
Basso e J. Maziero, Simulating noisy quantum channels via quantum state preparation
algorithms, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 56, 115501 (2023)]. Durante um passo
desse protocolo, realiza-se uma preparação de estados utilizando funções da biblioteca Qiskit. O presente trabalho faz preparação de estados usando AQV. Simulamos
os canais associados à bit-flip, phase-flip, bit-phase-flip, depolarizing, amplitude damping, phase-damping, amplitude-damping generalizado, Lorentz e Heisenberg-Wheyl
dephasing. Os resultados das simulações com AQV são satisfatórios, com a coerência do estado simulado se aproximando do valor analítico. Isso demonstra a utilidade
do AQV na preparação de estados para esse problema.
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