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Title: Temporal causality in quantum teleportation
Authors: Guevara Granizo, Marco Vinicio
Pineda Jimenez, Jonnathan Sebastian
Keywords: Teletransportación cuántica
Computadoras cuánticas
Simuladores cuánticos
Entrelazamiento cuántico
Fidelidad de estados
Quantum teleportation
Quantum computers
Simulators
Entanglement
Fidelity of states
Issue Date: Aug-2022
Publisher: Universidad de Investigación de Tecnología Experimental Yachay
Abstract: Con el objetivo de estudiar los efectos temporales de fuentes que producen ruido sobre la fidelidad promedio relacionada con diferentes protocolos de teletransportación, nosotros hemos preparado dos escenarios. El primero, la teletransportación cuántica estándar (SQT) y la teletransportación cuántica controlada (CQT). Los correspondientes circuitos cuánticos que definen cada uno de estos protocolos son construidos y todas las compuertas cuánticas necesarias para transmitir el estado inicial son evaluadas. Haciendo uso de operaciones controladas, nosotros creamos entrelazamiento entre el qubit controlador y qubits auxiliares, así implementando una fuente que produce ruido. Nosotros insertamos este nuevo miembro en todos los diferentes qubits que son parte de los protocolos de teletransportación, en las diferentes etapas de los mismos, calculando la fidelidad cuántica de teletransportación al final. Esto es lo que define la causalidad temporal, dado que nosotros estudiamos como la posición temporal del ruido insertado con respecto a todas las otras operaciones cuánticas afecta el rendimiento de dichos protocolos. Inicialmente, nosotros enfocamos nuestro estudio en simulaciones cuánticas utilizando el paquete de python QISKIT, y con la finalidad de testear nuestros modelos teóricos, ejecutamos nuestros circuitos en computadoras cuánticas de acceso público de la empresa IBM. Finalmente, para probar esta ventaja cuántica, debida a la presencia del entrelazamiento cuántico, nosotros producimos correcciones que mejoran los cálculos que provienen de estos sistemas reales, usando el procedimiento de mitigación de errores de medición, que demuestra tener una alta relevancia al procesar esta información experimental.
Description: In order to study the temporal effects of noisy sources on the average fidelity in the protocols of quantum teleportation,we prepare two scenarios. The Standard Quantum Teleportation (SQT) and the Controlled quantum teleportation (CQT). Corresponding quantum circuits defining each protocol are constructed and all necessary stages, in order to transmit initial quantum state, are evaluated. By making use of controlled operations, we create entanglement between the target qubit and auxiliary qubit within a noisy source. We insert this additional party into all different qubit members of the teleportation protocols in different stages of the protocol, computing the teleportation fidelity at the end. This is what defines Temporal Causality as we are studying how the temporal position of inserted noise with respect to all other quantum operations affects the overall performance of examined protocols. Initially, we focus our study on quantum simulations by using the QISKIT python package, and then we test our protocols by running them on the IBM’s public quantum computers to compare our theoretical models. Finally, in order to probe quantum advantage due to the presence of entanglement, we produce corrections to improve the calculations coming from real devices by using the Measurement Error Mitigation (MEM). With this process, we demonstrate the high importance of post-correction of processed experimental data.
URI: http://repositorio.yachaytech.edu.ec/handle/123456789/562
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