Fast quantum gate design with deep reinforcement learning using real-time feedback on readout signals
Notice bibliographique
Résumé
The design of high-fidelity quantum gates is difficult because it requires the optimization of two competing effects, namely maximizing gate speed and minimizing leakage out of the qubit subspace. We propose a deep reinforcement learning algorithm that uses two agents to address the speed and leakage challenges simultaneously. The first agent constructs the qubit in-phase control pulse using a policy learned from rewards that compensate short gate times. The rewards are obtained at intermediate time steps throughout the construction of a full-length pulse, allowing the agent to explore the landscape of shorter pulses. The second agent determines an out-of-phase pulse to target leakage. Both agents are trained on real-time data from noisy hardware, thus providing model-free gate design that adapts to unpredictable hardware noise. To reduce the effect of measurement classification errors, the agents are trained directly on the readout signal from probing the qubit. We present proof-of-concept experiments by designing X and square root of X gates of various durations on IBM hardware. After just 200 training iterations, our algorithm is able to construct novel control pulses up to two times faster than the default IBM gates, while matching their performance in terms of state fidelity and leakage rate. As the length of our custom control pulses increases, they begin to outperform the default gates. Improvements to the speed and fidelity of gate operations open the way for higher circuit depth in quantum simulation, quantum chemistry and other algorithms on near-term and future quantum devices.
Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.
Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».