論文の概要: Software Mitigation of Crosstalk on Noisy Intermediate-Scale Quantum Computers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2001.02826v1
• Date: Thu, 9 Jan 2020 04:00:03 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-13 05:23:59.901061
• Title: Software Mitigation of Crosstalk on Noisy Intermediate-Scale Quantum Computers
• Title（参考訳）: 雑音中規模量子コンピュータにおけるクロストークのソフトウェア緩和
• Authors: Prakash Murali, David C. McKay, Margaret Martonosi, Ali Javadi-Abhari
• Abstract要約: クロストーク (Crosstalk) は、NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum) システムにおけるノイズ源である。 私たちのゴールは、ソフトウェア技術によるクロストークノイズのアプリケーションへの影響を軽減することです。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.27274314036694
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Crosstalk is a major source of noise in Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ) systems and is a fundamental challenge for hardware design. When multiple instructions are executed in parallel, crosstalk between the instructions can corrupt the quantum state and lead to incorrect program execution. Our goal is to mitigate the application impact of crosstalk noise through software techniques. This requires (i) accurate characterization of hardware crosstalk, and (ii) intelligent instruction scheduling to serialize the affected operations. Since crosstalk characterization is computationally expensive, we develop optimizations which reduce the characterization overhead. On three 20-qubit IBMQ systems, we demonstrate two orders of magnitude reduction in characterization time (compute time on the QC device) compared to all-pairs crosstalk measurements. Informed by these characterization, we develop a scheduler that judiciously serializes high crosstalk instructions balancing the need to mitigate crosstalk and exponential decoherence errors from serialization. On real-system runs on three IBMQ systems, our scheduler improves the error rate of application circuits by up to 5.6x, compared to the IBM instruction scheduler and offers near-optimal crosstalk mitigation in practice. In a broader picture, the difficulty of mitigating crosstalk has recently driven QC vendors to move towards sparser qubit connectivity or disabling nearby operations entirely in hardware, which can be detrimental to performance. Our work makes the case for software mitigation of crosstalk errors.
• Abstract（参考訳）: Crosstalkは、NISQ(Noisy Intermediate-Scale Quantum)システムの主要なノイズ源であり、ハードウェア設計における根本的な課題である。 複数の命令が並列に実行されると、命令間のクロストークが量子状態を破壊し、誤ったプログラム実行につながる。 私たちの目標は、ソフトウェア技術によるクロストークノイズのアプリケーションへの影響を軽減することです。 これは必要です (i)ハードウェアクロストークの正確なキャラクタリゼーション (II) 影響を受ける操作をシリアライズするためのインテリジェントな命令スケジューリング。 クロストークのキャラクタリゼーションは計算コストが高いため,キャラクタリゼーションのオーバーヘッドを低減する最適化を開発する。 3つの20キュービットibmqシステムにおいて,全パイアクロストーク計測と比較して,キャラクタリゼーション時間(qcデバイスでの計算時間)の2桁低減を実証した。 これらの特徴から,クロストークや指数的デコヒーレンスエラーをシリアライズから緩和する必要性をバランスして,高いクロストーク命令を巧みにシリアライズするスケジューラを開発した。 実システム上では,IBM命令スケジューラと比較して,アプリケーション回路のエラー率を最大5.6倍に改善し,実際にほぼ最適のクロストークを緩和する。 より広い視点では、最近、クロストークの緩和が難しいため、qcベンダーは、sparser qubit接続に向かうか、近くの操作をハードウェアで完全に無効にし、パフォーマンスを損なう可能性がある。 私たちの研究は、クロストークエラーのソフトウェア緩和に役立ちます。

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