論文の概要: Comparative Study of Sampling-Based Simulation Costs of Noisy Quantum Circuits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2011.06233v3
• Date: Thu, 17 Jun 2021 06:34:15 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-24 07:46:58.440209
• Title: Comparative Study of Sampling-Based Simulation Costs of Noisy Quantum Circuits
• Title（参考訳）: ノイズ量子回路のサンプリングに基づくシミュレーションコストの比較検討
• Authors: Shigeo Hakkaku and Keisuke Fujii
• Abstract要約: 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。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.8206877486958002
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Noise in quantum operations often negates the advantage of quantum computation. However, most classical simulations of quantum computers calculate the ideal probability amplitudes either storing full state vectors or using sophisticated tensor network contractions. Here, we investigate sampling-based classical simulation methods for noisy quantum circuits. Specifically, we characterize the simulation costs of two major schemes, stabilizer-state sampling of magic states and Heisenberg propagation, for quantum circuits being subject to stochastic Pauli noise, such as depolarizing and dephasing noise. To this end, we introduce several techniques for the stabilizer-state sampling to reduce the simulation costs under such noise. It revealed that in the low noise regime, stabilizer-state sampling results in a smaller sampling cost, while Heisenberg propagation is better in the high noise regime. Furthermore, for a high depolarizing noise rate $\sim 10\%$, these methods provide better scaling compared to that given by the low-rank stabilizer decomposition. We believe that these knowledge of classical simulation costs is useful to squeeze possible quantum advantage on near-term noisy quantum devices as well as efficient classical simulation methods.
• Abstract（参考訳）: 量子演算におけるノイズはしばしば量子計算の利点を否定する。 しかし、量子コンピュータのほとんどの古典的シミュレーションは、完全な状態ベクトルを保存するか、洗練されたテンソルネットワークの収縮を用いて理想的な確率振幅を計算する。 本稿では,雑音量子回路のサンプリングに基づく古典シミュレーション手法について検討する。 具体的には、量子回路が非分極化やデファスメントノイズなどの確率的なポーリノイズを受ける場合の、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の2つの主要なスキームのシミュレーションコストを特徴付ける。 そこで本研究では,そのような騒音下でのシミュレーションコストを低減するため,安定化状態サンプリング手法をいくつか紹介する。 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良好であることがわかった。 さらに、高脱分極ノイズレート$\sim 10\%$の場合、これらの方法は低ランク安定化器分解によるものよりも優れたスケーリングを提供する。 古典的シミュレーションコストに関するこれらの知識は、近時雑音量子デバイスや効率的な古典的シミュレーション手法において、量子優位性を抑えるのに有用であると考えている。

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