量子物理
[提交于 2025年11月16日
(v1)
,最后修订 2025年11月18日 (此版本, v2)]
标题: GRAPE脉冲优化在具有硬件代表性噪声模型的量子门中的验证实现
标题: Verified Implementation of GRAPE Pulse Optimization for Quantum Gates with Hardware-Representative Noise Models
摘要: 在嘈杂的中等规模量子(NISQ)计算机中,门保真度仍然是限制实用量子计算的主要瓶颈,这受到退相干和控制噪声的限制。量子最优控制(QOC)技术,如梯度上升脉冲工程(GRAPE)算法,提供了一种强大的方法来设计抗噪声的脉冲,以主动缓解这些影响。然而,大多数QOC实现都在理想化的仿真环境中运行,无法捕捉到物理量子硬件固有的实时参数漂移,从而造成关键的“仿真到现实”差距。在本工作中,我提出了QubitPulseOpt,一个开源且经过严格测试的Python框架,旨在通过硬件代表性最优控制来弥合这一差距。该框架展示了与IQM的Garnet量子处理器(20量子位超导设备)的API连接,并实现了使用硬件代表性参数构建高保真“数字孪生”的工作流程。使用这个仿真框架,我证明了GRAPE优化的脉冲相比标准高斯脉冲在模拟门误差方面减少了77$\times$。该框架的可靠性通过864个测试验证套件(74%的代码覆盖率)和遵循NASA JPL 10的安全部署编码标准得到保证,确立了可信赖量子控制软件的新范式。所有结果均来自经过验证的GRAPE优化,并有完整的来源记录文档。
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