Demonstrating quantum speed-up with a two-transmon quantum processor
Institution:
Paris 6Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
The thesis work discusses the characterization of a two-qubit processor implemented using capacitively coupled tunable superconducting qubits of the Transmon type. Each qubit can be manipulated and read out individually using a non-destructive single-shot readout. In addition, a universal two-qubit gate can be implemented using the interaction between the qubits. The system implements therefore all basic building blocks of a universal quantum processor. Using it, we implement the universal sqrt(iSWAP) two-qubit gate, characterizing the gate operation by quantum process tomography and obtaining a gate fidelity of 90 %. We use this gate to create entangled two-qubit Bell states and perform a test of the CHSH Bell inequality, observing a violation of the classical boundary by 22 standard deviations after correcting for readout errors. Using the implemented two-qubit gate, we run the so-called Grover search algorithm: For two qubits, this algorithm finds among four elements x {00,01,10,11} the one element y that solves a search problem encoded by a function f for which f(y)=1 and f(xy)=0. Our implementation retrieves the correct answer to the search problem after a single evaluation of the function f(x) with a success probability between 52% and 67%, therefore outperforming classical algorithms that are bound to a success probability of 25%. This constitutes a proof-of-concept of the quantum speed-up for superconducting quantum processors. Finally, we propose a scalable architecture for a superconducting quantum processor that can potentially overcome the scalability issues faced by todays superconducting qubit architectures
Abstract FR:
Cette thèse a pour sujet la caractérisation d’un processeur quantique utilisant deux qubits supraconducteurs de type «Transmon» couplés capacitivement. Chacun des deux qubits peut être manipulé individuellement et lu en une seule fois de façon non destructive. Avec ce système, il est possible de réaliser une porte quantique universelle en utilisant l’interaction entre les deux qubits. Ce système possède donc toutes les caractéristiques d’un processeur quantique universel à deux qubits. On se sert de ce processeur pour implémenter la porte quantique universelle sqrt(iSWAP), qu’on caractérise en utilisant une methode de tomographie du processus quantique. On obtient une fidélité de porte de 90 %. On utilise cette porte universelle pour réaliser des états intriqués à deux qubits afin d’effectuer un test de l’inégalité de Bell. On observe une violation de la limite classique de l’équation par 22 écart-types après avoir corrigé les erreurs de lecture. En utilisant la porte iSWAP, on implémente l’algorithme de Grover pour deux qubits. Cet algorithme de recherche trouve parmi quatre états x {00,01,10,11}, l’état y qui satisfait f(y)=1, où f est une fonction de recherche telle que f(xy)=0. L'implémentation de cet algorithme permet de trouver la réponse au problème de recherche avec une probabilité comprise entre 52 % et 67 %, dépassant en performance les algorithmes classiques, dont les probabilités de succès sont limitées à 25 %. En conséquence, cette expérience est une preuve du concept d'accélération quantique. Enfin, nous proposons une architecture scalable qui pourrait résoudre certains problèmes des architectures courantes de qubits supraconducteurs