Un set di istruzioni ibrido qudit-oscillatore nativo dell’hardware per ioni intrappolati

Abstract degli autori

La scalabilità dei processori a ioni intrappolati mediante l’aggiunta di ioni rimane una sfida. Un approccio complementare sfrutta la struttura interna multilivello di ciascun ione per aumentare lo spazio di Hilbert computazionale per ione. Presentiamo un set di istruzioni ibrido qudit-oscillatore nativo dell’hardware per un registro interno generale a d livelli accoppiato a modi bosonici e dimostriamo che tre delle sue famiglie di operazioni native sono sufficienti per garantire l’universalità di un qudit accoppiato a diversi modi. L’aggiunta di un’operazione entangliante tra ioni estende l’universalità a un registro connesso composto da diversi qudit. L’architettura supporta nativamente sia i set di istruzioni nello spazio delle fasi sia quelli a bande laterali ed è implementata nel framework open source HybridLane. Come applicazione rappresentativa, riproduciamo la dinamica vibronica dissipativa di un complesso a tre cromofori simulata in precedenza su una piattaforma superconduttiva ibrida qubit-oscillatore. Passando da un registro con un qubit per stato a un singolo qudit, l’intera varietà elettronica viene memorizzata in un solo ione, per cui ogni accoppiamento elettronico diventa una transizione locale intra-ione e l’Hamiltoniana nel sistema di riferimento del laboratorio viene tradotta direttamente nell’ISA. In base al modello temporale sequenziale indicato per un processore a qudit 40Ca+, si prevede che un passo di Trotter venga eseguito sul qudit circa dieci volte più velocemente, con un RMSE medio di circa l’1,1 per cento rispetto al riferimento pubblicato.