論文の概要: Resilience of quantum random access memory to generic noise

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2012.05340v2
• Date: Mon, 7 Jun 2021 16:47:21 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-21 07:49:11.064702
• Title: Resilience of quantum random access memory to generic noise
• Title（参考訳）: 量子ランダムアクセスメモリの汎用ノイズに対するレジリエンス
• Authors: Connor T. Hann, Gideon Lee, S. M. Girvin, Liang Jiang
• Abstract要約: 本稿では,量子ランダムアクセスメモリ(QRAM)に対するデコヒーレンスの影響について検討する。 本研究は,このノイズレジリエンスの起源を,メモリコンポーネント間の限られた絡み合いとして確認する。 我々は、量子誤り訂正なしで高忠実度クエリが可能であることを証明した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.5496329090462626
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum random access memory (QRAM)--memory which stores classical data but allows queries to be performed in superposition--is required for the implementation of numerous quantum algorithms. While naive implementations of QRAM are highly susceptible to decoherence and hence not scalable, it has been argued that the bucket brigade QRAM architecture [Giovannetti et al., Phys. Rev. Lett. 100 160501 (2008)] is highly resilient to noise, with the infidelity of a query scaling only logarithmically with the memory size. In prior analyses, however, this favorable scaling followed directly from the use of contrived noise models, thus leaving open the question of whether experimental implementations would actually enjoy the purported scaling advantage. In this work, we study the effects of decoherence on QRAM in full generality. Our main result is a proof that this favorable infidelity scaling holds for arbitrary error channels (including, e.g., depolarizing noise and coherent errors). Our proof identifies the origin of this noise resilience as the limited entanglement among the memory's components, and it also reveals that significant architectural simplifications can be made while preserving the noise resilience. We verify these results numerically using a novel classical algorithm for the efficient simulation of noisy QRAM circuits. Our findings indicate that QRAM can be implemented with existing hardware in realistically noisy devices, and that high-fidelity queries are possible without quantum error correction. Furthermore, we also prove that the benefits of the bucket-brigade architecture persist when quantum error correction is used, in which case the scheme offers improved hardware efficiency and resilience to logical errors.
• Abstract（参考訳）: 量子ランダムアクセスメモリ(QRAM)-古典的なデータを格納するが、多数の量子アルゴリズムの実装に必要な重畳でクエリを実行することができる。 QRAMの単純実装はデコヒーレンスの影響を受けやすいためスケーラビリティが低いが、バケットフレームQRAMアーキテクチャ(Giovannetti et al., Phys. Rev. 100 160501 (2008))はノイズに対して非常に耐性があり、クエリスケーリングの不忠実さはメモリサイズと対数的にしか一致しないと議論されている。 しかし、以前の分析では、この好ましいスケーリングは、畳み込みノイズモデルから直接引き継がれたため、実験的な実装が実際にスケーリングの利点を享受できるかどうかという疑問が残る。 そこで本研究では,QRAMにおけるデコヒーレンスの影響について検討する。 私たちの主な結果は、任意のエラーチャネル(例えば、ノイズの非分極化やコヒーレントエラーを含む)に対して、この好ましい不忠実スケーリングが成り立つことの証明である。 このノイズレジリエンスの起源をメモリコンポーネント間の限られた絡み合いとして確認し、ノイズレジリエンスを保ちながら重要なアーキテクチャ上の単純化が可能であることも明らかにした。 ノイズqram回路の効率的なシミュレーションのために,新しい古典アルゴリズムを用いて,これらの結果を数値的に検証する。 以上の結果から,qramは既存のハードウェアを現実のノイズの多いデバイスに実装可能であり,量子誤差補正を必要とせず,忠実度の高いクエリが可能であった。 さらに、量子誤り訂正を行う場合、バケット・ブリガドアーキテクチャの利点が持続することを示し、この場合、このスキームはハードウェア効率と論理的エラーに対するレジリエンスを向上させる。

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