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Contrôle et stabilisation haute-fidélité de qubits de chat
No full textLe développement de l'informatique quantique repose sur le besoin qu'un système quantique soit librement contrôlable mais aussi fortement protégé des influences néfastes, deux exigences souvent contradictoires. Une voie prometteuse pour surmonter cette difficulté réside dans les qubits à variables continues encodés dans les états "chat de Schrödinger" d'un oscillateur harmonique quantique. Une fois stabilisés par une dissipation à deux photons ou des hamiltoniens de Kerr, ces qubits "de chats" peuvent présenter une sensibilité exponentiellement faible aux canaux de bruit de bit-flip. Ce biais dans le bruit est très bénéfique pour la correction d'erreurs quantiques puisqu'il réduit les surcoûts expérimentaux en exigeant que seules les erreurs de changement de phase soient corrigées. Cependant, en vue de la réalisation de calculs sans erreurs à base de qubits de chat, plusieurs ordres de grandeur en fidélité de porte et de lecture doivent encore être gagnés. Dans cette thèse, en utilisant une analyse mathématique précise de la dynamique des qubits de chat, nous identifions des opportunités d'améliorer leur contrôle et d'atteindre des améliorations de plusieurs ordres de grandeur en protection contre les erreurs ou en fidélité de porte. Tout d'abord, nous étudions en détail le spectre énergétique des qubits de chat Kerr et montrons comment il limite la mise à l'échelle de la protection contre les flip de bits en présence de pertes induites e.g. par chaleur. À partir de cette étude, nous concevons un nouveau schéma de confinement des qubits de chat basé sur la combinaison d'une dissipation spécifique et d'un Hamiltonien d'échange à deux photons. Nous montrons comment ce schéma surpasse les propositions existantes en termes de fidélité de porte tout en conservant la suppression exponentielle des erreurs. Ensuite, nous nous concentrons sur les portes Zeno dissipatives et examinons le rôle du mode buffer dans le processus de porte. De cette analyse, nous concevons plusieurs implémentations de portes Zeno de haute fidélité, soit en réintégrant les informations perdues vers l'environnement dans le système initial, soit en réduisant la quantité d'informations perdues en premier lieu. Enfin, nous introduisons une méthode numérique, basée sur l'intégration en temps inverse d'un état adjoint, pour différencier une équation maîtresse de Lindblad avec un coût de mémoire faible. Nous démontrons l'efficacité de cette méthode pour le contrôle optimal de la lecture d'état d'un transmon et montrons des améliorations de fidélité avec des contrôles interprétables. La méthode est entièrement générique, a un faible surcoût numérique et peut être appliquée à une gamme de problèmes où la dissipation est essentielle au processus en cours d'optimisation. Tout au long de cette thèse, une attention particulière est accordée à la proposition de schémas qui sont expérimentalement viables avec les effets mis à disposition par les circuits supraconducteurs quantiques. En plus de fournir des propositions concrètes pour améliorer les opérations et la stabilisation de qubits de chat existants, nous espérons que cette thèse peut offrir de nouvelles perspectives sur la recherche notamment en ce qui concerne le rôle du mode buffer dans la stabilisation par dissipation contrôlée.The development of quantum computing relies on the unpleasant predicament that a quantum system should be freely controllable but also very long-lived, two often conflicting requirements. A promising path to overcome this difficulty lies in continuous-variable qubits encoded in Schr"odinger cat states of a quantum harmonic oscillator. These so-called cat qubits, once stabilized with engineered two-photon dissipation or Kerr Hamiltonians, can exhibit an exponentially small sensitivity to bit-flip noise channels. This bias in noise is in turn highly beneficial for quantum error correction since it reduces experimental overheads by requiring that only phase-flip errors should be corrected for. However, towards the realization of error-corrected cat qubits, several orders of magnitudes in gate and readout fidelities are still required. In this thesis, using precise mathematical analyses of the dynamics of cat qubits, we identify opportunities to improve their control and to achieve orders of magnitude improvements in error protection or gate fidelities. First, we study in detail the energy spectrum of Kerr cat qubits, and show how it limits the scaling of protection against bit-flip errors in the presence of thermal-induced leakage. From this study, a novel cat qubit confinement scheme is devised based on the combination of engineered dissipation and of a two-photon exchange Hamiltonian. We show how this scheme outperforms existing proposals in terms of gate fidelities while retaining the key exponential suppression of errors. Second, we focus on dissipative Zeno gates and survey the role of the buffer mode into the gate process. From this insight, we devise several designs of high-fidelity Zeno gates, either based on feeding information leaked to the environment back into the system of interest, or based on reducing the amount of leaked information in the first place. Finally, we introduce a numerical method to differentiate through a Lindblad master equation with a constant memory cost, based on the reverse time integration of an adjoint state. We then demonstrate it for the optimal control of transmon readout, and show readout fidelity improvements with interpretable pulses. The method is completely generic, has a low numerical overhead, and can be applied to a range of problems where dissipation is key to the process being optimized. Throughout this thesis, a particular attention has been devoted to proposing schemes that are experimentally viable with the toolbox of modern superconducting circuits. In addition, more than providing concrete proposals to improve upon existing cat qubit operations and stabilization methods, we hope that this thesis can provide new insights into research on cat qubits, namely regarding their stabilization and the role of the buffer mode into the bigger picture
Towards impossibility and possibility results for string stability of platoon of vehicles
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Distributed estimation and control of interacting hybrid systems for traffic applications
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Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Full text linkThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Méthodes de reservoir-engineering appliquées à la stabilisation de systèmes quantiques multipartites
No full textCette thèse a pour but d'utiliser des techniques de reservoir engineering pour stabiliser des systèmes de N qubits, N potentiellement grand, et de développer des outils pour l'analyse de la performance d'une telle stabilisation. Les systèmes quantiques sont utilisés pour traiter de l'information de manière impossible avec des moyens classiques. Ces systèmes peuvent être utilisés pour faire du calcul quantique, ce qui est le but ultime de la technologie de l'information quantique: construire un ordinateur quantique. Les promesses de cette technologie reposent sur la capacité à contrôler précisément les valeurs (en amplitude et en phase) de superpositions d'états de base. Le problème est qu'ils sont très sensibles à toute sorte de signaux parasites engendrés par l'environnement, ce qui tend à les détériorer : ce phénomène est appelé décohérence. Une manière de combattre la décohérence est de mesurer puis d'appliquer une correction, mais les perturbations constantes du monde classique impliquent des protocoles compliqués et lents. Une alternative choisie dans cette thèse est le reservoir-engineering: un système dissipatif auxiliaire (le réservoir) et son interaction avec le système principal sont faits de telle sorte qu'ils stabilisent le système sans interaction extérieure. La première partie de cette thèse développe plusieurs propositions de reservoir-engineering pour stabiliser un état particulier, l'état GHZ, qui est un état intriqué avec la particularité que l'information sur sa phase quantique est perdue dès que le système subit une décohérence minime. L'idée principale est de combiner un schéma qui repositionne le système entier sur l'état |++...+> avec un schéma de stabilisation conditionnel, où le système converge vers l'état GHZ si tous les qubits sont initialisés dans l'état |++...+>. On examine différentes manières d'implémenter la synchronisation entre ces deux protocoles de stabilisations avec des couplages locaux, soit en ajoutant des systèmes auxiliaires sous la forme d'une chaîne de qubits, agissant comme une horloge, ou en implémentant un troisième niveau sur chaque sous système pour contrôler la partie "qubit". Ensuite une analyse théorique de ces différent procédés, appuyée par des simulations, est réalisée pour comprendre comment ajuster de manière optimale leurs caractéristiques (fidélité de stabilisation et taux de protection). La seconde partie se focalise sur la correction d'erreur quantique. Une analyse de deux dispositifs réservoir engineering est réalisée, protégeant contre le même type d'erreur en utilisant uniquement des interactions locales. Le premier élabore sur un protocole déjà existant, qui implémente une protection contre les bits flip grâce à un vote de majorité sur 3 qubits. On montre comment cela peut servir de brique de base pour construire des réseaux polygonaux de qubits physiques de manière à augmenter la protection d'information à des ordres plus élevés. La deuxième méthode utilise une technique à base de réseaux bien connue en correction d'erreur comme la base d'un automate cellulaire, appelée règle de Toom. Cela consiste en un code 2-D où les qubits sont disposés aux embranchements d'un carré N*N qui corrige un type d'erreur.This thesis aims to use techniques of reservoir engineering in order to stabilize systems of N qubits, with N potentially big, and to develop the tools for the performance analysis of such stabilization.Quantum systems can be used to process information in ways not achievable by classical means. Those systems can be used to perform quantum computation, which is the current ultimate practical goal of quantum information technology, i.e. building a quantum computer. The promise of quantum technology hinges on the ability to precisely control and manipulate the values --- both magnitudes and phases --- in the superposition of basis states. The big challenge is that these values are very sensitive to any spurious signals and couplings to its environment, such that they naturally get progressively blurred; this process is called decoherence. One way to fight decoherence is measurement and feedback action, but the interaction that this constantly involves with the classical world involves design complications and delays. An alternative control approach for quantum state stabilization is quantum reservoir engineering: a dissipative ancilla system (reservoir) and its interaction with the system of interest are designed in such a way that they stabilize the system without any need for external interventions.The first part of this thesis develops several proposals about an application of local reservoir engineering to stabilize an especially delocalized state, namely a GHZ state, which is an entangled state with the characteristic that the ``quantum phase'' information is lost as soon as one subsystem's phase is blurred.The main idea is to combine a scheme periodically resetting the whole system to the particular state |++...+> with an existing conditional stabilization scheme, where the system converges towards the GHZ state if each qubit is initialized in the particular state |++...+>. We examine several ways to implement the synchronization between these two stabilization procedures with local couplings, either by adding as auxiliary subsystem a chain of ancillas acting like a clock, or by using a third level on each data subsystem to control operations on the ``qubit'' part. We then perform a theoretical analysis of the different set-ups, backed up by simulations, to evaluate how the approximate stabilization fidelity and the protection rate depend on the parameters, deducing optimal adjustments for each of these set-ups.The second part of this thesis focuses on quantum error correction. We design and analyze two reservoir engineering set-ups, protecting against the same type of errors on the basis of local interactions only, yet by interlinking qubits in a 2-D network. The first design builds upon an existing reservoir engineering protocol that implements bit flip protection by majority vote on three qubits. We show how this building block can be used in a polygon-induced network of physical qubits such as to scale up information protection to higher orders.The second method uses a known lattice technique for classical error correction on the basis of a local cellular automaton, known as Toom's rule. It consists in a 2-D code where qubits are disposed on the vertices of a N*N square that corrects one type of error
Variations on the Author
Full text link“Variations on the Author” discusses two of Eduardo Coutinho’s recent films (Um Dia na Vida, from 2010, and Últimas Conversas, posthumously released in 2015) and their contribution to the general question of documentary authorship. The director’s filmography is characterized by a consistent yet self-effacing form of authorial self-inscription: Coutinho often features as an interviewer that rather than express opinions propels discourses; an interviewer that is good at listening. This mode of self-inscription characterizes him as an author who is not expressive but who is nonetheless markedly present on the screen. In Um Dia na Vida, however, Coutinho is completely absent form the image, while Últimas Conversas, on the contrary, includes a confessional prologue that moves the director from the margins to the center of his films. This article examines the ways in which these works stand out in the filmography of a director who offers new insights into the notion of cinematic authorship
Appropriate Similarity Measures for Author Cocitation Analysis
Full text linkWe provide a number of new insights into the methodological discussion about author cocitation analysis. We first argue that the use of the Pearson correlation for measuring the similarity between authors’ cocitation profiles is not very satisfactory. We then discuss what kind of similarity measures may be used as an alternative to the Pearson correlation. We consider three similarity measures in particular. One is the well-known cosine. The other two similarity measures have not been used before in the bibliometric literature. Finally, we show by means of an example that our findings have a high practical relevance.information science;Pearson correlation;cosine;similarity measure;author cocitation analysis
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