論文の概要: Divide-and-conquer verification method for noisy intermediate-scale
quantum computation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2109.14928v3
- Date: Mon, 4 Jul 2022 11:31:28 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-12 23:19:45.036551
- Title: Divide-and-conquer verification method for noisy intermediate-scale
quantum computation
- Title（参考訳）: 雑音中規模量子計算における分割・分割検証法
- Authors: Yuki Takeuchi, Yasuhiro Takahashi, Tomoyuki Morimae, Seiichiro Tani
- Abstract要約: ノイズの多い中間スケールの量子計算は、スパース量子コンピューティングチップ上の対数深度量子回路と見なすことができる。
このようなノイズの多い中間スケール量子計算を効率よく検証する手法を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Several noisy intermediate-scale quantum computations can be regarded as
logarithmic-depth quantum circuits on a sparse quantum computing chip, where
two-qubit gates can be directly applied on only some pairs of qubits. In this
paper, we propose a method to efficiently verify such noisy intermediate-scale
quantum computation. To this end, we first characterize small-scale quantum
operations with respect to the diamond norm. Then by using these characterized
quantum operations, we estimate the fidelity $\langle\psi_t|\hat{\rho}_{\rm
out}|\psi_t\rangle$ between an actual $n$-qubit output state $\hat{\rho}_{\rm
out}$ obtained from the noisy intermediate-scale quantum computation and the
ideal output state (i.e., the target state) $|\psi_t\rangle$. Although the
direct fidelity estimation method requires $O(2^n)$ copies of $\hat{\rho}_{\rm
out}$ on average, our method requires only $O(D^32^{12D})$ copies even in the
worst case, where $D$ is the denseness of $|\psi_t\rangle$. For
logarithmic-depth quantum circuits on a sparse chip, $D$ is at most
$O(\log{n})$, and thus $O(D^32^{12D})$ is a polynomial in $n$. By using the IBM
Manila 5-qubit chip, we also perform a proof-of-principle experiment to observe
the practical performance of our method.
- Abstract（参考訳）: いくつかのノイズの多い中間スケール量子計算はスパース量子コンピューティングチップ上の対数深さ量子回路と見なすことができ、そこでは2量子ビットゲートはいくつかの量子ビットにのみ直接適用できる。
本稿では,このようなノイズの多い中間スケール量子計算を効率よく検証する手法を提案する。
この目的のために、ダイヤモンドノルムに関する小規模量子演算を最初に特徴付ける。
次に、これらの量子演算を用いて、雑音中規模量子計算から得られる実際の$n$-量子ビット出力状態$\hat{\rho}_{\rm out}$と理想出力状態(すなわち目標状態)$|\psi_t\rangle$との忠実度$\langle\psi_t|\hat{\rho}_{\rmout}|\psi_t\rangle$を推定する。
直接忠実度推定法は$O(2^n)$ copy of $\hat{\rho}_{\rm out}$平均では$O(D^32^{12D})$ copyしか必要としないが、最悪の場合であっても$D$は$|\psi_t\rangle$の密度である。
スパースチップ上の対数深さ量子回路の場合、$D$は最大$O(\log{n})$であり、従って$O(D^32^{12D})$は$n$の多項式である。
また,IBM Manila 5-qubitチップを用いて,本手法の実用性能を実証する実証実験を行った。
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