論文の概要: Simulating Noisy Quantum Circuits with Matrix Product Density Operators
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2004.02388v3
- Date: Thu, 19 Nov 2020 06:23:11 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-26 06:35:36.758870
- Title: Simulating Noisy Quantum Circuits with Matrix Product Density Operators
- Title（参考訳）: 行列積密度演算子によるノイズ量子回路のシミュレーション
- Authors: Song Cheng, Chenfeng Cao, Chao Zhang, Yongxiang Liu, Shi-Yao Hou,
Pengxiang Xu and Bei Zeng
- Abstract要約: 本稿では, 行列積状態(MPS)に基づく手法が, 検討した雑音モデルに対して, ノイズ出力量子状態の近似に失敗することを示す。
内部および結合次元の両方に対して最適トランケーションを有するより効率的なテンソル更新スキームを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 13.151348595345604
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Simulating quantum circuits with classical computers requires resources
growing exponentially in terms of system size. Real quantum computer with
noise, however, may be simulated polynomially with various methods considering
different noise models. In this work, we simulate random quantum circuits in 1D
with Matrix Product Density Operators (MPDO), for different noise models such
as dephasing, depolarizing, and amplitude damping. We show that the method
based on Matrix Product States (MPS) fails to approximate the noisy output
quantum states for any of the noise models considered, while the MPDO method
approximates them well. Compared with the method of Matrix Product Operators
(MPO), the MPDO method reflects a clear physical picture of noise (with inner
indices taking care of the noise simulation) and quantum entanglement (with
bond indices taking care of two-qubit gate simulation). Consequently, in case
of weak system noise, the resource cost of MPDO will be significantly less than
that of the MPO due to a relatively small inner dimension needed for the
simulation. In case of strong system noise, a relatively small bond dimension
may be sufficient to simulate the noisy circuits, indicating a regime that the
noise is large enough for an `easy' classical simulation. Moreover, we propose
a more effective tensor updates scheme with optimal truncations for both the
inner and the bond dimensions, performed after each layer of the circuit, which
enjoys a canonical form of the MPDO for improving simulation accuracy. With
truncated inner dimension to a maximum value $\kappa$ and bond dimension to a
maximum value $\chi$, the cost of our simulation scales as $\sim
ND\kappa^3\chi^3$, for an $N$-qubit circuit with depth $D$.
- Abstract（参考訳）: 量子回路と古典的コンピュータをシミュレートするには、システムサイズの観点から指数関数的に増加する資源が必要である。
しかし、ノイズを持つ実量子コンピュータは、異なるノイズモデルを考慮した様々な方法で多項式的にシミュレーションすることができる。
本研究では, 行列積密度演算子 (MPDO) を用いて1次元のランダム量子回路をシミュレーションし, 劣化, 脱分極, 振幅減衰などの異なるノイズモデルについて検討する。
本稿では, 行列積状態(MPS)に基づく手法が, 検討した雑音モデルに対してノイズ出力量子状態の近似に失敗し, MPDO法はそれらをよく近似することを示した。
行列積演算子 (MPO) の手法と比較すると,MPDO法はノイズの明確な物理像(ノイズシミュレーションを行う内部指標)と量子絡み合い(2量子ゲートシミュレーションを行う結合指標)を反映している。
したがって,システムノイズが弱い場合,シミュレーションに必要な内部寸法が比較的小さいため,MPDOの資源コストはMPOの資源コストよりも大幅に低下する。
強いシステムノイズの場合、比較的小さなボンド次元はノイズ回路をシミュレートするのに十分であり、ノイズは'簡単な'古典的シミュレーションに十分な大きさであることを示す。
さらに,シミュレーション精度を向上させるために,mpdoの正準形式を満足する回路の各層を対象とし,内部寸法とボンド寸法の両方を最適に切り換えた,より効果的なテンソル更新方式を提案する。
内部次元を最大値$\kappa$、ボンド次元を最大値$\chi$とすると、シミュレーションのコストは$\sim nd\kappa^3\chi^3$となる。
関連論文リスト
- Simulating photonic devices with noisy optical elements [0.615738282053772]
短期的には、あらゆる量子アルゴリズムの性能は、ノイズの存在下でテストされ、シミュレートされるべきである。
我々は,最近提案されたノイズゲートアプローチを用いて,雑音光回路を効率的にシミュレートする。
また、MAX-2-CUT問題を解くために、フォトニック変分量子アルゴリズムの性能を評価する。
論文 参考訳（メタデータ） (2023-11-17T16:06:20Z) - Simulating Neutral Atom Quantum Systems with Tensor Network States [0.0]
多数の量子ビットを持つ回路は、より頻繁にノイズの下で故障し、量子ビット人口を減少させることを示す。
また、最適化されたパラメータは特にノイズに対して堅牢であり、ノイズの多い量子系が最適パラメータを見つけるのに利用できることを示唆している。
論文 参考訳（メタデータ） (2023-09-15T17:38:37Z) - Simulating Noisy Variational Quantum Algorithms: A Polynomial Approach [1.806183113759115]
大規模変動量子アルゴリズムは量子優位性を達成するための潜在的な経路として広く認識されている。
本稿では,可観測物のバックプロパゲーションの積分経路に基づく新しい$gammaPPP法を提案する。
我々は,IBMの127量子ビットイーグルプロセッサにおけるゼロノード化実験結果の古典的シミュレーションを行う。
論文 参考訳（メタデータ） (2023-06-09T10:42:07Z) - Approximation Algorithm for Noisy Quantum Circuit Simulation [3.55689240295244]
本稿では,雑音量子回路をシミュレーションするための新しい近似アルゴリズムを提案する。
提案手法は、一般に使われている近似(サンプリング)アルゴリズム -- 量子軌道法を高速化する。
論文 参考訳（メタデータ） (2022-11-30T14:20:22Z) - Simulating the Mott transition on a noisy digital quantum computer via
Cartan-based fast-forwarding circuits [62.73367618671969]
動的平均場理論(DMFT)は、ハバードモデルの局所グリーン関数をアンダーソン不純物のモデルにマッピングする。
不純物モデルを効率的に解くために、量子およびハイブリッド量子古典アルゴリズムが提案されている。
この研究は、ノイズの多いデジタル量子ハードウェアを用いたMott相転移の最初の計算を提示する。
論文 参考訳（メタデータ） (2021-12-10T17:32:15Z) - Hybridized Methods for Quantum Simulation in the Interaction Picture [69.02115180674885]
本研究では,異なるシミュレーション手法をハイブリダイズし,インタラクション・ピクチャー・シミュレーションの性能を向上させるフレームワークを提案する。
これらのハイブリッド化手法の物理的応用は、電気遮断において$log2 Lambda$としてゲート複雑性のスケーリングをもたらす。
力学的な制約を受けるハミルトニアンシミュレーションの一般的な問題に対して、これらの手法は、エネルギーコストを課すために使われるペナルティパラメータ$lambda$とは無関係に、クエリの複雑さをもたらす。
論文 参考訳（メタデータ） (2021-09-07T20:01:22Z) - Pulse-level noisy quantum circuits with QuTiP [53.356579534933765]
我々はQuTiPの量子情報処理パッケージであるqutip-qipに新しいツールを導入する。
これらのツールはパルスレベルで量子回路をシミュレートし、QuTiPの量子力学解法と制御最適化機能を活用する。
シミュレーションプロセッサ上で量子回路がどのようにコンパイルされ、制御パルスがターゲットハミルトニアンに作用するかを示す。
論文 参考訳（メタデータ） (2021-05-20T17:06:52Z) - Fixed Depth Hamiltonian Simulation via Cartan Decomposition [59.20417091220753]
時間に依存しない深さの量子回路を生成するための構成的アルゴリズムを提案する。
一次元横フィールドXYモデルにおけるアンダーソン局在化を含む、モデルの特殊クラスに対するアルゴリズムを強調する。
幅広いスピンモデルとフェルミオンモデルに対して正確な回路を提供するのに加えて、我々のアルゴリズムは最適なハミルトニアンシミュレーションに関する幅広い解析的および数値的な洞察を提供する。
論文 参考訳（メタデータ） (2021-04-01T19:06:00Z) - Fast and differentiable simulation of driven quantum systems [58.720142291102135]
我々は、ダイソン展開に基づく半解析手法を導入し、標準数値法よりもはるかに高速に駆動量子系を時間発展させることができる。
回路QEDアーキテクチャにおけるトランスモン量子ビットを用いた2量子ゲートの最適化結果を示す。
論文 参考訳（メタデータ） (2020-12-16T21:43:38Z) - Comparative Study of Sampling-Based Simulation Costs of Noisy Quantum
Circuits [0.8206877486958002]
我々は、2つの主要な量子スキームのシミュレーションコスト、マジック状態の安定化状態サンプリングとハイゼンベルク伝播を特徴付ける。
その結果, 低騒音下では, 安定した状態サンプリングはサンプリングコストが小さくなり, ハイゼンベルク伝搬は高騒音下では良好であることがわかった。
論文 参考訳（メタデータ） (2020-11-12T07:12:47Z) - Efficient classical simulation of random shallow 2D quantum circuits [104.50546079040298]
ランダム量子回路は古典的にシミュレートするのは難しいと見なされる。
典型例の近似シミュレーションは, 正確なシミュレーションとほぼ同程度に困難であることを示す。
また、十分に浅いランダム回路はより一般的に効率的にシミュレーション可能であると推測する。
論文 参考訳（メタデータ） (2019-12-31T19:00:00Z)
関連論文リストは本サイト内にある論文のタイトル・アブストラクトから自動的に作成しています。
指定された論文の情報です。
本サイトの運営者は本サイト（すべての情報・翻訳含む）の品質を保証せず、本サイト（すべての情報・翻訳含む）を使用して発生したあらゆる結果について一切の責任を負いません。