論文の概要: Virtual Distillation for Quantum Error Mitigation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2011.07064v3
- Date: Mon, 2 Aug 2021 05:32:22 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-24 05:18:41.747328
- Title: Virtual Distillation for Quantum Error Mitigation
- Title（参考訳）: 量子誤差緩和のための仮想蒸留
- Authors: William J. Huggins, Sam McArdle, Thomas E. O'Brien, Joonho Lee,
Nicholas C. Rubin, Sergio Boixo, K. Birgitta Whaley, Ryan Babbush, Jarrod R.
McClean
- Abstract要約: 量子コンピュータは比較的高いレベルのノイズを持つため、有用な計算を行うのが困難である。
ノイズの多い状態のコピーを$M$でエンタングし、測定することで、エラーを軽減するための短期的フレンドリーな戦略を提案する。
仮想蒸留は, 数桁の誤差を抑えることができることを示すとともに, システムサイズが大きくなるにつれて, この効果がどのように拡張されるかを説明する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.6745502291821955
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Contemporary quantum computers have relatively high levels of noise, making
it difficult to use them to perform useful calculations, even with a large
number of qubits. Quantum error correction is expected to eventually enable
fault-tolerant quantum computation at large scales, but until then it will be
necessary to use alternative strategies to mitigate the impact of errors. We
propose a near-term friendly strategy to mitigate errors by entangling and
measuring $M$ copies of a noisy state $\rho$. This enables us to estimate
expectation values with respect to a state with dramatically reduced error,
$\rho^M/ \mathrm{Tr}(\rho^M)$, without explicitly preparing it, hence the name
"virtual distillation". As $M$ increases, this state approaches the closest
pure state to $\rho$, exponentially quickly. We analyze the effectiveness of
virtual distillation and find that it is governed in many regimes by the
behavior of this pure state (corresponding to the dominant eigenvector of
$\rho$). We numerically demonstrate that virtual distillation is capable of
suppressing errors by multiple orders of magnitude and explain how this effect
is enhanced as the system size grows. Finally, we show that this technique can
improve the convergence of randomized quantum algorithms, even in the absence
of device noise.
- Abstract（参考訳）: 現代の量子コンピュータはノイズのレベルが比較的高く、多くの量子ビットでも有用な計算を行うのに使用するのが困難である。
量子エラー訂正は、最終的に大規模でフォールトトレラントな量子計算を可能にすることが期待されているが、それまでは、エラーの影響を軽減するために代替戦略を使う必要がある。
我々は,ノイズの多い状態である$\rho$のコピーを絡み込み,測定することによりエラーを緩和する,短期的フレンドリーな戦略を提案する。
これにより、誤差が劇的に低減した状態、すなわち$\rho^m/ \mathrm{tr}(\rho^m)$に対して期待値を明示的に準備することなく推定できるため、仮想蒸留(virtual distillation)と呼ばれる。
M$が増加すると、この状態は最も近い純状態から$\rho$に近づき、指数関数的に速くなる。
仮想蒸留の有効性を解析し、この純粋な状態の挙動によって多くのレジームで支配されていることを発見した(優占的固有ベクトルは$\rho$に対応する)。
仮想蒸留は複数桁の誤差を抑制できることを数値的に示し,システム規模が大きくなるにつれてこの効果がどのように向上するかを説明する。
最後に, この手法は, デバイスノイズがなくても, ランダム量子アルゴリズムの収束性を向上させることができることを示す。
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