論文の概要: Evaluating the noise resilience of variational quantum algorithms

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2011.01125v3
• Date: Mon, 23 Nov 2020 18:19:07 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-26 01:39:35.733106
• Title: Evaluating the noise resilience of variational quantum algorithms
• Title（参考訳）: 変分量子アルゴリズムの雑音耐性の評価
• Authors: Enrico Fontana, Nathan Fitzpatrick, David Mu\~noz Ramo, Ross Duncan, Ivan Rungger
• Abstract要約: 変動量子アルゴリズムの状態準備回路における異なる種類のノイズの影響をシミュレートする。 冗長なパラメータ化ゲートを組み込むことで、量子回路のノイズ耐性が向上することがわかった。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We simulate the effects of different types of noise in state preparation circuits of variational quantum algorithms. We first use a variational quantum eigensolver to find the ground state of a Hamiltonian in presence of noise, and adopt two quality measures in addition to the energy, namely fidelity and concurrence. We then extend the task to the one of constructing, with a layered quantum circuit ansatz, a set of general random target states. We determine the optimal circuit depth for different types and levels of noise, and observe that the variational algorithms mitigate the effects of noise by adapting the optimised parameters. We find that the inclusion of redundant parameterised gates makes the quantum circuits more resilient to noise. For such overparameterised circuits different sets of parameters can result in the same final state in the noiseless case, which we denote as parameter degeneracy. Numerically, we show that this degeneracy can be lifted in the presence of noise, with some states being significantly more resilient to noise than others. We also show that the average deviation from the target state is linear in the noise level, as long as this is small compared to a circuit-dependent threshold. In this region the deviation is well described by a stochastic model. Above the threshold, the optimisation can converge to states with largely different physical properties from the true target state, so that for practical applications it is critical to ensure that noise levels are below this threshold.
• Abstract（参考訳）: 変動量子アルゴリズムの状態準備回路における異なる種類のノイズの影響をシミュレートする。 まず, 変分量子固有解法を用いて雑音の存在下でのハミルトニアンの基底状態を求め, エネルギーに加えて, 忠実性と共起という2つの品質尺度を採用する。 次に、一般的なランダムなターゲット状態の集合である層状量子回路アンサッツを用いて、タスクを構成のタスクに拡張する。 異なる種類のノイズレベルに対する最適回路深度を判定し、変動アルゴリズムが最適化されたパラメータを適応することによりノイズの影響を緩和するのを観察した。 冗長なパラメータ化ゲートを組み込むことで、量子回路のノイズ耐性が向上することがわかった。 このような過度なパラメータ化回路の場合、パラメータの集合はノイズレスの場合と同じ最終状態となり、パラメータの縮退を表す。 数値的には、この縮退性はノイズの存在下で持ち上げることができ、一部の状態は他の状態よりも耐雑音性が高いことを示す。 また, 対象状態からの平均偏差は, 回路依存しきい値に比べて小さくても, ノイズレベルが線形であることを示した。 この領域では偏差は確率モデルによってよく説明される。 しきい値を超えると、最適化は実際の対象状態と大きく異なる物理特性を持つ状態に収束するので、実用的な用途ではノイズレベルが閾値以下であることを保証することが重要である。

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