論文の概要: Multi-Tensor Contraction for XEB Verification of Quantum Circuits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2108.05665v2
• Date: Thu, 19 May 2022 00:07:02 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-18 17:23:55.604591
• Title: Multi-Tensor Contraction for XEB Verification of Quantum Circuits
• Title（参考訳）: 量子回路のXEB検証のためのマルチテンソル縮合
• Authors: Gleb Kalachev, Pavel Panteleev, Man-Hong Yung
• Abstract要約: 本稿では,量子回路のXEB計算を高速化するマルチテンソル縮約アルゴリズムを提案する。 もしこのアルゴリズムがSummitスーパーコンピュータに実装された場合、上位回路(20サイクル)では7.5日しかかからないだろうと見積もる。
• 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: The computational advantage of noisy quantum computers has been demonstrated by sampling the bitstrings of quantum random circuits. An important issue is how the performance of quantum devices could be quantified in the so-called "supremacy regime". The standard approach is through the linear cross entropy benchmark (XEB), where the theoretical value of the probability is required for each bitstring. However, the computational cost of XEB grows exponentially. So far, random circuits of the 53-qubit Sycamore chip were verified up to 10 cycles of gates only; the XEB fidelities of deeper circuits were approximated with simplified circuits instead. Here we present a multi-tensor contraction algorithm for speeding up the calculations of XEB for quantum circuits, where the computational cost can be significantly reduced through some form of memoization. As a demonstration, we analyzed the experimental data of the 53-qubit Sycamore chip and obtained the exact values of the corresponding XEB fidelities up to 16 cycles using only moderate computing resources (few GPUs). If the algorithm was implemented on the Summit supercomputer, we estimate that for the supremacy (20 cycles) circuits, it would only cost 7.5 days, which is several orders of magnitude lower than previously estimated in the literature.
• Abstract（参考訳）: ノイズ量子コンピュータの計算上の利点は、量子ランダム回路のビットストリングをサンプリングすることで証明されている。 重要な問題は、量子デバイスの性能がいわゆる「超越的体制」においてどのように定量化されるかである。 標準的なアプローチは線形クロスエントロピーベンチマーク(XEB)を通し、各ビットストリングに確率の理論的値が必要となる。 しかし、XEBの計算コストは指数関数的に増大する。 これまでのところ、53量子ビットのsycamoreチップのランダム回路は最大10サイクルのゲートのみで検証されており、より深い回路のxeb特性は単純な回路で近似されていた。 本稿では,量子回路におけるxebの計算を高速化するマルチテンソル縮小アルゴリズムを提案する。 実演として,53量子ビットのsycamoreチップの実験データを解析し,適度な計算資源(few gpu)のみを用いて16サイクルまでのxeb特性の正確な値を得た。 このアルゴリズムがサミットスーパーコンピュータに実装された場合、超越性(20サイクル)回路の場合、7.5日しかかからないと推定される。

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