論文の概要: Optimization and Noise Analysis of the Quantum Algorithm for Solving One-Dimensional Poisson Equation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2108.12203v1
• Date: Fri, 27 Aug 2021 09:44:41 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-17 01:11:36.311700
• Title: Optimization and Noise Analysis of the Quantum Algorithm for Solving One-Dimensional Poisson Equation
• Title（参考訳）: 1次元ポアソン方程式解のための量子アルゴリズムの最適化とノイズ解析
• Authors: Guolong Cui, Zhimin Wang, Shengbin Wang, Shangshang Shi, Ruimin Shang, Wendong Li, Zhiqiang Wei, Yongjian Gu
• Abstract要約: 一次元ポアソン方程式を解くための効率的な量子アルゴリズムを提案する。 このアルゴリズムをさらに発展させ、ノイズの多い中間スケール量子(NISQ)デバイスにおける実際の応用に近づける。 我々は、IBM Qiskitツールキットを用いて、実量子デバイスに存在する一般的なノイズがアルゴリズムに与える影響を分析する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 17.65730040410185
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Solving differential equations is one of the most promising applications of quantum computing. Recently we proposed an efficient quantum algorithm for solving one-dimensional Poisson equation avoiding the need to perform quantum arithmetic or Hamiltonian simulation. In this letter, we further develop this algorithm to make it closer to the real application on the noisy intermediate-scale quantum (NISQ) devices. To this end, we first develop a new way of performing the sine transformation, and based on it the algorithm is optimized by reducing the depth of the circuit from n2 to n. Then, we analyze the effect of common noise existing in the real quantum devices on our algorithm using the IBM Qiskit toolkit. We find that the phase damping noise has little effect on our algorithm, while the bit flip noise has the greatest impact. In addition, threshold errors of the quantum gates are obtained to make the fidelity of the circuit output being greater than 90%. The results of noise analysis will provide a good guidance for the subsequent work of error mitigation and error correction for our algorithm. The noise-analysis method developed in this work can be used for other algorithms to be executed on the NISQ devices.
• Abstract（参考訳）: 微分方程式の解法は、量子コンピューティングの最も有望な応用の1つである。 近年,1次元ポアソン方程式を解くために,量子算術やハミルトニアンシミュレーションを行う必要のない効率的な量子アルゴリズムを提案する。 本稿では、このアルゴリズムをさらに発展させ、ノイズの多い中間スケール量子(NISQ)デバイスにおける実際の応用に近づける。 この目的のために,まず,回路の深さをn2からnに減らし,正弦変換を行う新しい手法を開発し,それに基づいてアルゴリズムを最適化する。 次に,ibm qiskit toolkitを用いて,実量子デバイスに存在する共通のノイズがアルゴリズムに与える影響を分析する。 位相減衰ノイズはアルゴリズムにほとんど影響を与えないのに対し,ビットフリップノイズは最も影響が大きいことがわかった。 さらに、量子ゲートのしきい値誤差が得られ、回路出力の忠実度が90%以上になる。 ノイズ解析の結果は,次のアルゴリズムの誤り軽減と誤り訂正の作業に優れたガイダンスを提供する。 本研究で開発されたノイズ分析法は,NISQデバイス上で実行される他のアルゴリズムにも利用できる。

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