Fidelity of noisy multiple-control reversible gates

• Published in: Semiconductor Physics Quantum Electronics & Optoelectronics
• Date: 2020
• Main Authors: Deibuk, V.G., Yuriychuk, I.M., Lemberski, I.
• Format: Article
• Language: English
• Published: Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України 2020
• Subjects: Physics of microelectronic devices
• Online Access: https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/215912
• Journal Title: Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
• Cite this: Fidelity of noisy multiple-control reversible gates / V.G. Deibuk, I.M. Yuriychuk, I. Lemberski // Semiconductor Physics Quantum Electronics & Optoelectronics. — 2020. — Т. 23, № 4. — С. 385-392. — Бібліогр.: 15 назв. — англ.

The effect of frequency noise on the correct operation of the multiple-control Toffoli, Fredkin, and Peres gates has been discussed. In the framework of the Ising model, the energy spectrum of a chain of atoms with nuclear spins one-half in a spinless semiconductor matrix has been obtained, and allowed transitions corresponding to the operation algorithm of these gates have been determined. The fidelities of the obtained transitions were studied depending on the number of control qubits and parameters of the radio-frequency control pulses. It has been shown that the correct operation of the Toffoli and Fredkin gates does not depend on the number of control qubits, while the Peres gate fidelity decreases significantly with the increasing number of control signals. The calculated ratios of the Larmor frequency to the exchange interaction constant correspond with the results of other studies. Вивчено вплив частотного шуму на коректну роботу багатоконтрольованих зворотних елементів Тоффолі, Фредкіна та Переса. У рамках моделі Ізінга отримано енергетичний спектр ланцюжка атомів з ядерними спінами ½ у безспіновій напівпровідниковій матриці та визначено допустимі переходи, що відповідають алгоритму роботи цих логічних елементів. Вірність спрацювання отриманих переходів вивчена залежно від кількості контрольних кубітів та параметрів радіочастотних керуючих імпульсів. Показано, що правильна робота зворотних елементів Тоффолі та Фредкіна не залежить від кількості контролюючих кубітів, тоді як вірність спрацювання елементів Переса значно зменшується зі збільшенням кількості керуючих сигналів. Розраховане відношення частоти Лармора до постійної обмінної взаємодії добре узгоджується з результатами інших досліджень.